Geluid speelt een belangrijke rol in ons leven. Het oor is een van onze zintuigen en geeft ons het vermogen om de wereld om ons heen te horen. Geluid is essentieel voor het delen van informatie, het maken van kunst, het omgaan met mensen, het reguleren van werkschema's en vele andere talloze aspecten van het leven.
Laten we begrijpen:
Neem een rubberen band en plaats deze om de lange zijde van de pennenbak. Steek twee potloden tussen de doos en het uitgerekte rubber. Pluk nu het elastiekje ergens in het midden. Wat observeer je?
Wanneer een strak gespannen band wordt geplukt, trilt het en produceert het geluid . Wanneer het stopt met trillen, produceert het geen geluid. De heen en weer, of heen en weer beweging van een object, wordt vibratie genoemd.
Bij mensen wordt het geluid geproduceerd door de stembox of het strottenhoofd . Leg je vingers op de keel en vind een harde bult die lijkt te bewegen als je slikt. Dit deel van het lichaam staat bekend als de stembox. Twee stembanden zijn zo over de stembox gespannen dat er een smalle spleet tussen hen overblijft voor de doorgang van lucht. Wanneer de longen lucht door de spleet dwingen, trillen de stembanden en produceren ze geluid. Spieren die aan de stembanden zijn bevestigd, kunnen de koorden strak of los maken.
Waarom zijn de stemmen van mannen, vrouwen en kinderen anders?
Dit komt doordat de stembanden bij mannen ongeveer 20 mm lang zijn. Bij vrouwen zijn deze ongeveer 5 mm korter. Kinderen hebben erg korte stembanden.
We horen geluid via onze oren. De vorm van het buitenste deel van het oor is als een trechter. Wanneer geluid onze oren binnenkomt, reist het door een kanaal aan het einde waarvan een dun, strak gespannen membraan is dat het trommelvlies wordt genoemd. Geluidstrillingen zorgen ervoor dat het trommelvlies gaat trillen. Het trommelvlies stuurt trillingen naar het binnenoor die het signaal naar de hersenen sturen en dat is hoe we horen.
Geluid heeft een medium nodig om zich voort te planten. Het kan niet reizen in een vacuüm. Dit is de reden waarom twee astronauten elkaar niet kunnen horen in de ruimte of op de maan waar geen atmosfeer is. Geluid kan zich verplaatsen in vaste stoffen, vloeistoffen en gassen. Zijn snelheid is meer in vaste stof, minder in vloeistoffen en nog minder in gassen. Zo is de geluidssnelheid in ijzer bijna 5000 m/s, in water bijna 1500 m/s en in lucht bijna 330 m/s. Wat houdt dit in? Het houdt in dat hoe dichter de deeltjes bij elkaar liggen, hoe sneller geluid kan reizen.
Laten we eens kijken hoe geluid zich in een medium voortplant.
Stel je voor dat je naar muziek luistert via een luidspreker. Hoe bereikt het geluid van de speaker je oor? Een geluid is een vorm van energie die materiaal nodig heeft om te reizen. Geluid reist als een golf of verstoring van luchtdeeltjes. Als de muziek speelt, trilt de speaker. Als de muziek uit staat, staan de luchtlagen stil, maar als de luidspreker aan staat, verstoren trillingen deze luchtlagen. De deeltjes reizen niet van het trillende object naar het oor. Een deeltje van het medium dat in contact staat met het trillende voorwerp wordt eerst uit zijn evenwichtspositie verplaatst. Het oefent dan een kracht uit op het aangrenzende deeltje. Waardoor het aangrenzende deeltje uit zijn rustpositie wordt verplaatst. Na verplaatsing van het aangrenzende deeltje komt het eerste deeltje terug op zijn oorspronkelijke plaats. Dit proces gaat door in het medium totdat het geluid je oor bereikt. Dit is wat er gebeurt tijdens de voortplanting van geluid in een medium, vandaar dat geluid kan worden gevisualiseerd als een golf.
Wanneer een trillend object naar voren beweegt, duwt en comprimeert het de lucht ervoor en creëert een gebied met hoge druk. Dit gebied wordt compressie (C) genoemd. Deze compressie begint weg te bewegen van het trillende object. Wanneer het trillende object achteruit beweegt, creëert het een gebied met lage druk dat verdunning (R) wordt genoemd. Terwijl het object snel heen en weer beweegt, ontstaat er een reeks compressies en verdunningen in de lucht. Deze maken de geluidsgolf die zich door het medium voortplant. Compressie is het gebied van hoge druk en verdunning is het gebied van lage druk. Druk is gerelateerd aan het aantal deeltjes van een medium in een bepaald volume. Eén volledige heen en weer beweging vormt één compressie en één verdunning die samen één golf vormen. Deze golf waarin de deeltjes van het medium trillen om hun gemiddelde positie in de voortplantingsrichting van het geluid wordt een longitudinale golf genoemd.
Enkele termen die verband houden met golf:
1) Amplitude: De maximale verplaatsing van het deeltje van een medium aan weerszijden van zijn gemiddelde positie wordt de amplitude van een golf genoemd. Het wordt aangegeven met de letter a en de SI-eenheid is meter.
2) Tijdsperiode: De tijd die een deeltje van het medium nodig heeft om de trilling te voltooien, wordt de tijdsperiode van de golf genoemd. Het wordt aangeduid met de letter T en de SI-eenheid is de tweede.
3) Frequentie: Het aantal trillingen dat een deeltje van het medium in één seconde maakt, wordt de frequentie van de golf genoemd. Het wordt aangeduid met de letter f en de SI-eenheid is tweede -1 of hertz (Hz).
In Tijd T is het aantal golven = 1, dus in 1 seconde is het aantal golven of frequentie
\(f = \frac{1}{T}\)
4) Golflengte: De afstand die de golf in één trillingsperiode van het deeltje van het medium aflegt, wordt de golflengte genoemd en wordt aangegeven met het symbool λ. De SI-eenheid is meter. In een longitudinale golf is de afstand tussen twee opeenvolgende compressies of twee opeenvolgende verdunningen gelijk aan één golflengte.
Geluiden met frequenties lager dan ongeveer 20 trillingen per seconde (20 Hz) kunnen niet door het menselijk oor worden waargenomen. Dergelijke geluiden worden onhoorbaar genoemd. Aan de hogere kant zijn geluiden van frequenties hoger dan ongeveer 20.000 trillingen per seconde (20 kHz) ook niet hoorbaar voor het menselijk oor. Dus voor het menselijk oor is het bereik van hoorbare frequenties ruwweg van 20 tot 20.000 Hz. Sommige dieren, zoals honden, kunnen geluiden horen met frequenties hoger dan 20.000 Hz.
Laten we onze eigen string-telefoon maken.
Benodigd materiaal: 2 papieren bekers, touwtje rond 2 voet, spijker om een gat in de papieren bekers te maken
1. Maak met een spijker een klein gaatje in de bodem van elke papieren beker
2. Trek het touwtje door de cup en leg een knoop. Gebruik een lang stuk touw om het geluid verder te laten reizen
3. De ene persoon kan de telefoon tegen het oor houden en de andere persoon kan in de andere beker praten. Houd de snaar strak of de geluidsgolven zullen niet correct reizen.
Hoe werkt het?
Geluidsgolven ontstaan wanneer geluiden trillingen in de lucht veroorzaken. Bij deze activiteit laat je stem de lucht in de beker trillen, die vervolgens naar de bodem van de beker wordt overgebracht. De onderkant van de beker geeft de geluidsgolven door aan de snaar, en zo verder aan de andere beker.
