9789006858211_1_2_havo_Newton_OB_Proefhoofdstuk_voor Panel

PROEFKATERN

Geluid 6

23

xx

37

Overzicht practica

• 6A De toon van een snaar veranderen

• 6B Geluidstrillingen met een kaars

• 6C Geluidstrillingen met rijst

• 6D Hoge en lage tonen met je stem

• 6E Geluid en tussenstof onderzoeken (1)

• 6F Geluid en tussenstof onderzoeken (2)

• 6G Test je gehoor online

• 6H Irritante Mosquito!

Je herkent ongetwijfeld direct de klank van een gitaar, een piano of een trompet, zelfs als ze hetzelfde liedje spelen (a). Wat is het verschil in klank tussen deze instrumenten?

Na een concert heb je misschien weleens een piepend geluid in je oor gehad. Gelukkig is dat meestal de volgende dag weg, maar kan het een teken zijn van beginnende gehoorschade (b).

Geluid heeft tijd nodig om bij je oren te komen. Dat merk je bij onweer (c). Na de bliksem duurt het even voor je de donder hoort.

Dit hoofdstuk gaat over geluid. Je leert over geluidsbronnen, toonhoogte, frequentie, geluidssnelheid, je oor en geluidssterkte.

STARTVRAGEN

In de online Startvragen verken je het onderwerp Geluid. Sommige vragen gaan over eerdere hoofdstukken, andere vragen over wat je al weet uit je eigen leefwereld.

6.1 Hoorbare trillingen

LEERDOELEN

Aan het eind van deze paragraaf kan ik:

‣ uitleggen hoe geluid ontstaat;

‣ uitleggen wat het verband is tussen toonhoogte, trillingstijd en frequentie;

‣ de trillingstijd en de frequentie van een toon berekenen;

‣ met een oscillogram de trillingstijd en de frequentie van een toon bepalen;

‣ rekenen met de voorvoegsels milli (m), kilo (k), mega (M) en giga (G).

ONTDEKKEN

Fietsbel

Ibrahim fietst geregeld met zijn vrienden door de duinen. Hun snelle fietsen hebben allemaal een kleine bel die een hoog ‘ping’-geluid geeft (figuur 1). Veel ouderen horen dat hoge geluid niet goed. Ibrahim zoekt daarom een kleine bel die een laag geluid maakt, maar alle kleine fietsbellen geven een hoog geluid. Hij vraagt zich af waardoor alle kleine fietsbellen een hoge toon produceren.

Doe het Ontdekpracticum of maak Ontdekopgave 2 om Ibrahims vraag te beantwoorden.

1 Geluid van een trillende liniaal Voer het practicum uit en beantwoord daarna de vragen.

ONTDEKPRACTICUM

Geluid van een trillende liniaal

In dit practicum onderzoek je het geluid van een trillende dunne plastic liniaal.

Dit heb je nodig

‣ een dunne, plastic liniaal van 30 cm.

Instructie

‣ Laat 8 cm van de liniaal over de rand van een tafel steken.

‣ Duw het stuk dat op tafel ligt stevig tegen de tafel aan.

‣ Duw met je andere hand het uiteinde dat uitsteekt iets omlaag en laat het dan los.

‣ Herhaal dit met steeds grotere uitstekende stukjes: 9, 10, 11 en 12 cm. Noteer welke verandering je in het geluid waarneemt.

‣ Herhaal het proefje met een veel groter uitstekend stuk, bijvoorbeeld 22 cm. Beschrijf nauwkeurig de beweging die de liniaal steeds maakt.

‣ Vergroot het uitstekende stuk van 22 cm naar 26 cm. Noteer de verschillen met de vorige beweging.

a Hoe verandert het geluid van de liniaal, als je een korter stuk laat uitsteken?

b Wat neem je waar, als je een langer stuk liniaal laat uitsteken?

2 Lage en hoge tonen in voorwerpen

In deze Ontdekopdracht onderzoek je welke invloed de grootte van een voorwerp op de toon ervan heeft.

a Je ziet in het beeld van figuur 2 links een Praagse Rattler en rechts een Ierse wolfshond. Welke hond blaft met het laagste geluid?

b Alle staafjes van de xylofoon (figuur 3) zijn even dik en even breed. Welk staafje geeft bij aanslaan het hoogste geluid?

c Als je met je vinger een gitaarsnaar indrukt, kun je een korter stuk snaar laten trillen. Wat gebeurt er met de toonhoogte?

d Leid uit je vorige antwoorden een regel af die het verband uitlegt. Wat is het verband tussen de toonhoogte en de grootte van het voorwerp dat die toon maakt?

e Waarom kan Ibrahim geen kleine fietsbel vinden die een laag geluid maakt?

BEGRIJPEN

Als je praat, trillen je stembanden. De stembanden van een volwassen man zijn langer dan die van een kleine jongen. Daardoor heeft een volwassen man een lagere stem dan een kleine jongen. Hoe kun je dit verschil op een scherm zichtbaar maken? En waar hangt de toonhoogte van een geluid nog meer van af?

Geluid maken

Geluid is een trilling die je kunt horen. Een trilling is een heen- en weergaande beweging. Als je over de hals van een fles blaast, trilt de lucht in de fles. Bij een gitaar trillen de snaren. Ze bewegen heen en weer rond de plaats van de snaar als deze niet trilt. Dit is de ruststand. De afstand tussen de plaats van de trillende snaar en de ruststand heet de uitwijking Trillende voorwerpen die geluid produceren, noem je geluidsbronnen. Ze brengen de lucht om zich heen in trilling.

Een microfoon zet geluidstrillingen om in elektrische trillingen. Die elektrische trillingen worden naar een radio, telefoon, tv of versterker gestuurd. Deze apparaten hebben een luidspreker, die de elektrische trillingen weer omzet in geluidstrillingen. Deze geluidstrillingen laten de conus van een luidspreker heen en weer trillen, waardoor de lucht in trilling komt en je de geluiden hoort. Je kunt een trilling soms ook zien en voelen, zoals de trillingen van de speakers bij hard geluid. Vooral bij heel lage bastonen die grote luidsprekers maken kun je de conus heen en weer zien bewegen.

Toonhoogte

De toonhoogte die je hoort, wordt bepaald door de snelheid waarmee de lucht trilt. Snelle trillingen geven hoge tonen. Langzame trillingen geven lage tonen. Piano’s, violen en gitaren hebben snaren met verschillende lengtes en diktes die in trilling worden gebracht. De toonhoogte van een snaar hangt af van de lengte van de snaar, de dikte van de snaar en van hoe strak de snaar gespannen is. Hoe korter, dunner en strakker de snaar, hoe hoger de toon.

6A De toon van een snaar veranderen

Geluid zichtbaar maken

Met een microfoon en een oscilloscoop kun je geluid zichtbaar maken. De microfoon zet de geluidstrillingen om in elektrische trillingen. De oscilloscoop maakt hiervan een grafiek. Het resultaat is een oscillogram. Hierin wordt op de horizontale as de tijd weergegeven. Op de verticale as staat de uitwijking van de trilling. Er zijn ook computerprogramma’s en apps om oscillogrammen te maken.

6B Geluidstrillingen zichtbaar maken met een kaars

6C Geluidstrillingen zichtbaar maken met rijst

Amplitude

Het oscillogram (zie figuur 7) is van een luidspreker waaruit een lage bromtoon klinkt. De lucht bij de speaker trilt. Op de verticale as kun je zien hoe hard het geluid is. Dit hangt af van de amplitude van de lucht. De amplitude is de maximale uitwijking van de trilling. De amplitude van de trilling in de afbeelding is 3 mm. Hoe groter de amplitude is, hoe harder het geluid is.

Trillingstijd

Figuur 7 Oscillogram van een bromtoon uit een speaker.

Je ziet dat de trilling na 0,005 s de maximale uitwijking van 3 mm heeft. Daarna wordt de uitwijking van de trillende lucht kleiner. Zodra de speaker een hele trilling heeft gemaakt, herhaalt de beweging zich. De tijd voor een hele trilling noem je de trillingstijd. In een oscillogram volgt de trillingstijd uit de begin- en eindtijd van een hele trilling. Het verschil is de trillingstijd. De trillingstijd geef je aan met het symbool T. De eenheid is seconde (s). De trillingstijd van de trilling in het oscillogram is dus 0,02 s. Je schrijft dan: T = 0,02 s. Geluid trilt meestal heel snel. De trillingstijd is dan heel klein.

6D Hoge en lage tonen maken met je stem

ONTHOUDEN

‣ Sleutelbegrippen: trilling, uitwijking, geluidsbron, toonhoogte, oscilloscoop, oscillogram, amplitude, trillingstijd.

‣ Geluid ontstaat door trilling van een geluidsbron.

‣ Een trilling is een heen- en weergaande beweging.

‣ Een geluidsbron laat de lucht trillen.

‣ Een snaar maakt een hogere toon als die korter, dunner of strakker gespannen of dunner wordt.

‣ Met een oscilloscoop kun je (geluids)trillingen zichtbaar maken op een scherm. Die weergave noem je een oscillogram.

‣ De tijd voor een hele trilling noem je de trillingstijd.

‣ Bij een hoger geluid heeft de trilling een kleinere trillingstijd.

‣ Bij een harder geluid heeft de trilling een grotere amplitude.

OPGAVEN

Maak de opgaven in je boek of online. Online krijg je bij de lichtblauwe Basisopgaven hints en feedback.

3 Beweringen geluid en trillingstijd

Zijn de volgende beweringen over geluid en trillingstijd waar of niet waar?

waar niet waar

1 Bij een hoge toon hoort een grote trillingstijd. ◯ ◯

2 Een zacht geluid heeft een grote amplitude. ◯ ◯

3 Met een oscilloscoop kun je geluid zichtbaar maken. ◯ ◯

4 Met een oscillogram kun je de trillingstijd bepalen. ◯

4 Geluidsbronnen

Geef bij elke geluidsbron aan wat er trilt.

de menselijke stem:

een luidspreker:

een piano:

een trommel:

5 Tonen van een gitaar

Met een gitaar kun je verschillende tonen maken.

a Een dunnere snaar geeft een

◯ harder geluid.

◯ hoger geluid.

◯ lager geluid.

◯ zachter geluid.

Je maakt het trillende deel van de gitaarsnaar korter.

b Wat gebeurt er met de toon van de snaar?

◯ De toon wordt hoger.

◯ De toon wordt lager.

Je spant de snaar van de gitaar strakker.

c Wat gebeurt er met de toon van de snaar?

◯ De toon wordt hoger.

◯ De toon wordt lager.

6 Werking van een speeldoosje

De werking van een speeldoosje (zie figuur 8)

lijkt op die van een draaiorgel. Als je aan de slinger draait, hoor je een muziekje. De verschillende tonen komen van de kleine metalen staafjes.

Hoe werkt een speeldoosje?

Kies de juiste woorden.

De korte | lange staafjes geven de laagste tonen. Als je sneller draait, gaat de muziek ook sneller. De toonhoogten veranderen wel | niet

7 De conus van een luidspreker

Wat gebeurt er met de conus?

Vul de zinnen aan.

Kies uit: hoe sneller de conus trilt. – hoe minder snel de conus trilt. – hoe verder de conus naar buiten en naar binnen gaat. – hoe minder ver de conus naar buiten en naar binnen gaat

Hoe harder het geluid,

Hoe hoger de toon,

Hoe zachter het geluid,

Hoe lager de toon,

8 Tonen voelen

Bij een popconcert kun je de muziek vaak niet alleen horen, maar ook voelen. Welke tonen voel je het best?

◯ lage tonen

◯ hoge tonen

◯ harde tonen

◯ zachte tonen

9

Tonen zien

In figuur 9 zie je twee oscillogrammen, in blauw en geel weergegeven.

Welke beweringen over het gele oscillogram zijn waar?

◯ Het gele oscillogram is van een hardere toon dan het blauwe.

◯ Het gele oscillogram is van een lagere toon dan het blauwe.

◯ Het gele oscillogram is van een zachtere toon dan het blauwe.

◯ Het gele oscillogram is van een hogere toon dan het blauwe.

10 Oscillogram - toon van een blokfluit

In figuur 10 zie je het oscillogram van een toon van een blokfluit.

Lees de trillingstijd af. Vul het juiste getal in.

De trillingstijd T = ms

11

Geluidsopname via een app

Met een app op je telefoon heb je een geluidsopname gemaakt. Zie figuur 11.

Figuur 11

a Wordt het geluid steeds harder of zachter? Leg uit.

b Verandert de toonhoogte van het geluid? Leg uit.

BEHEERSEN

De frequentie van een buslijn of treinverbinding geeft aan hoe vaak de bus of trein per uur rijdt. Frequentie heeft dus te maken met hoe vaak iets per tijdseenheid gebeurt. Wat betekent ‘frequentie’ bij geluid?

Frequentie

De frequentie van een toon is het aantal trillingen in één seconde. Het symbool van frequentie is f. De eenheid van frequentie is hertz (Hz). Een toon met een frequentie van 500 hertz trilt 500 keer per seconde. Je schijft: f = 500 Hz. Eén trilling duurt dan 1 500 e deel van een seconde. Ook bij computers, wifirouters en bij radiostations wordt het begrip frequentie gebruikt.

12:23 -

6

Figuur 12 De Sprinter van Leiden naar Utrecht heeft een frequentie van twee per uur.

6 GELUID 6.1 Hoorbare trillingen | BEHEERSEN

Hoge frequenties

Je drukt de frequentie van hoge tonen meestal niet uit in hertz, maar in kilohertz (kHz). Eén kilohertz is duizend hertz. Voor nog hogere frequenties gebruik je megahertz ( MHz) en gigahertz (GHz).

Die laatste kom je veel tegen bij computers en wifi.

kilohertz

1 kHz = 1000 Hz, 1 Hz = 0,001 kHz

megahertz

1 MHz =1 000 000 Hz (1 miljoen Hz)

gigahertz

1 GHz =1 000 000 000 Hz (1 miljard Hz)

Een telefoon met een processor van 3,7 GHz kan 3,7 miljard bewerkingen per seconde uitvoeren. Hoe sneller de processor, hoe meer gigahertz, dus hoe sneller de telefoon.

Frequentie en trillingstijd

Als een toon een frequentie heeft van 500 Hz duurt één trilling 1 500 e deel van een seconde. De trillingstijd is dan dus 1 500 = 0,002 s.

Zulke kleine trillingstijden druk je uit in milliseconde (ms). Daarbij geldt: Er passen 1000 milliseconden in 1 seconde. Je gaat dus van s naar ms door te delen door duizend.

Het verband tussen frequentie(f) en trillingstijd(T) ziet er zo uit:

f = 1 T of T = 1 f

• f de frequentie (in Hz)

• T de trillingstijd (in s )

REKENVOORBEELD 1

Een trilling duurt 2,3 ms.

Bepaal de trillingstijd in seconden.

GEGEVEN T = 2,3 ms

GEVRAAGD T in s

UITWERKING

2,3 ms = 2,3 1000 = 0,00023 s

REKENVOORBEELD 2

Bepaal de trillingstijd van de trilling in figuur 15. Geef de trillingstijd in ms.

GEGEVEN een oscillogram

GEVRAAGD T in s

UITWERKING

• Neem een gemakkelijk afleesbaar beginpunt van een trilling. In de figuur is dat bijvoorbeeld 0,01 s. Het einde van deze trilling is op 0,33 s.

• Nu geldt dus: T = 0,033 s 0,01 s = 0,023 s

• Omrekenen van s naar ms: 0,023 s = 0,023 × 1000 ms = 23 ms.

Figuur 15 Oscillogram

6

REKENVOORBEELD 3

Een muziekinstrument geeft een toon met een trillingstijd van 2,5 ms. Bereken de frequentie.

GEGEVEN T = 2,5 ms

GEVRAAGD f in Hz

UITWERKING

• 2,5 ms = 2,5 1000 = 0,0025 s

• f = 1 T = 1 0,0025 = 400 Hz

• De frequentie is dus 400 Hz.

ONTHOUDEN

‣ Sleutelbegrip: frequentie.

‣ 1 seconde (s) = 1000 milliseconde (ms); 1 ms = 0,001 s

‣ Het verband tussen f en T druk je uit in de formules: f = 1 T of T = 1 f

OPGAVEN

Maak de opgaven in je boek of online. Online krijg je bij de lichtblauwe Basisopgaven hints en feedback.

12 Trillingen van een geluidsbron

Hoe noem je het aantal trillingen per seconde dat een geluidsbron maakt?

◯ frequentie

◯ geluidssnelheid

◯ geluidssterkte

◯ trillingstijd

13 Formule frequentie van een trilling

Wat is de formule waarmee je de frequentie van een trilling berekent? = 1

14 Frequentie van een hartslag

Je hartslag wordt gemeten: je hartslag is 87 slagen per minuut.

Wat is de frequentie en duur van je hartslag?

Vul in.

De frequentie van je hartslag is dan 87 : 60 =

Een hartslag duurt 1 : = s.

15

Frequentie per uur

Elke tien minuten gaat er een trein van Eindhoven naar Utrecht.

Bereken de frequentie per uur.

Vul in.

De frequentie is per uur.

16 Aantal trillingen per seconde

Een vioolsnaar trilt met een frequentie van 200 Hz.

Bereken hoeveel trillingen de snaar maakt in 5 seconden.

17

Eenheden omrekenen

Reken om:

45 ms = s.

0,55 s = ms.

18 Omrekenen in Hz

Reken om.

Vul in.

2,5 kHz = Hz 3,5 MHz = Hz 5 GHz = Hz

19 Trillingen van een pianosnaar

Een pianosnaar maakt trillingen met een trillingstijd van 2,5 ms.

Bereken de trillingstijd, het aantal trillingen en de frequentie.

Vul in.

De trillingstijd in seconden is s.

Het aantal trillingen dat deze bron in één seconde maakt, is 1: = trillingen.

De frequentie is: f = Hz = kHz.

20

Waarden en eenheden

In de tabel zie je van een aantal trillingen de trillingstijd óf de frequentie.

Wat is de trillingstijd / frequentie?

Vul de ontbrekende waarden met de bijbehorende eenheid in.

Trillingstijd Frequentie

0,20 s 5 Hz

0,05 s

10 ms

25 Hz

440 Hz

3,3 kHz

s

21 Oscillogrammen aflezen

In figuur 16 zie je drie oscillogrammen.

Figuur 16

a Lees in elk oscillogram de amplitude af.

Vul in.

A amplitude = mm

B amplitude = mm

C amplitude = mm

b Welk oscillogram hoort bij de hardste toon?

◯ Oscillogram C, want daar heeft de trilling de grootste amplitude.

◯ Oscillogram A, want daar heeft de trilling de grootste frequentie.

◯ Oscillogram B, want daar heeft de trilling de grootste trillingstijd.

c Hoeveel trillingen zie je in elk oscillogram?

Vul in.

A trillingen

B trillingen

C trillingen

d Lees in elk oscillogram de trillingstijd af.

Vul in.

A T = s

B T = s

C T = s

e Welk oscillogram hoort bij de hoogste toon?

◯ Oscillogram A, want daar heeft de trilling de kleinste trillingstijd.

◯ Oscillogram B, want daar heeft de trilling de kleinste amplitude.

◯ Oscillogram C, want daar heeft de trilling de kleinste frequentie.

22 Frequentie van de trilling

In figuur 17 zie je een oscillogram.

Bereken de frequentie van de trilling.

23 Werking van een sirene

In figuur 18 zie je een tekening van een ouderwetse sirene. Door een buisje wordt lucht door de 24 gaatjes in de draaiende schijf geperst. De dichte stukken tussen de gaatjes onderbreken die luchtstroom. Daardoor ontstaat er een trilling en een hard geluid. De schijf draait vijf keer per seconde rond.

Welke getallen horen erbij?

Vul in.

Het aantal keer dat er per seconde een gaatje langs de opening van een buisje komt, is 24 gaatjes per rondje keer rondjes per seconde = gaatjes per seconde.

Je hoort dan een toon van Hz, want gaatjes per seconde is trillingen per seconde.

Op volle snelheid geeft de sirene een toon van 1,8 kHz. Dat komt overeen met een trillingstijd van: T = 1 f = 1÷ = s. Het aantal rondjes dat de schijf dan per seconde draait, is 1800 24 = keer per seconde.

24 Processor van de Commodore 64

De Commodore 64 was in 1982 een van de eerste succesvolle thuiscomputers. Zijn processor werkte met een frequentie van 2 MHz. Sommige huidige telefoons hebben vijf kernen met een maximale frequentie van 3,7 GHz per kern.

Hoeveel keer zo snel is één zo’n kern in vergelijking met de frequentie van de processor van de Commodore 64?

25 Terugblik Leerdoelen

Beheers je de leerdoelen al?

Gebruik de Checkopgave(n) om jezelf te beoordelen. Bij sommige leerdoelen waar je iets moet uitleggen, is er geen checkopgave. Probeer dan of je het aan iemand kan uitleggen.

Leerdoelen: ik kan... Checkopgave(n) Beheers je dit leerdoel?

uitleggen hoe geluid ontstaat.

7

Ja/Deels/Nee, want

uitleggen wat het verband is tussen toonhoogte, trillingstijd en frequentie.

- Ja/Deels/Nee, want

de trillingstijd en de frequentie van een toon berekenen.

met een oscillogram de trillingstijd en de frequentie van een toon bepalen.

rekenen met de voorvoegsels milli (m), kilo (k), mega (M) en giga (G).

20

Ja/Deels/Nee, want

22

Ja/Deels/Nee, want

18

Ja/Deels/Nee, want

6

Keuzemoment Je hebt alle theorie van deze paragraaf verwerkt. Kies wat je nu gaat doen.

• Vind je de theorie nog lastig? Bekijk online de uitlegvideo over deze paragraaf en oefen met de lichtblauwe Basisopgaven van deze paragraaf.

• Snap je de theorie, maar vind je opgaven nog lastig? Kijk dan in onderstaande tabel bij Extra Oefenen.

Leerdoelen: ik kan... Verder oefenen uitleggen hoe geluid ontstaat. 5, 6, 11

uitleggen wat het verband is tussen toonhoogte, trillingstijd en frequentie.

23 de trillingstijd en de frequentie van een toon berekenen.

met een oscillogram de trillingstijd en de frequentie van een toon bepalen.

rekenen met de voorvoegsels milli (m), kilo (k), mega (M) en giga (G).

16

9, 10

20

• Had je steeds ‘Ja’ bij de leerdoelenopgave? Oefen dan nog extra met de roze Pittige opgaven of ga verder met Verdiepen.

6 GELUID 6.1

VERDIEPEN

Met een app op je telefoon en met een computerprogramma kun je geluid in beeld brengen. Elektronici gebruiken liever een oscilloscoop, omdat je die heel precies in kunt stellen. Welke instelling gebruik je om de frequentie van een toon nauwkeurig te bepalen?

Meten met een oscilloscoop

In figuur 19 zie je een oscillogram dat gemaakt is met een oscilloscoop. Je ziet geen bijschriften bij de assen. Die zijn bekend uit de instelling van de oscilloscoop. De instelling van de tijd langs de horizontale as is de tijdbasis. Die druk je uit in ms / div. Bij het oscillogram hieronder is de tijdbasis 2 ms / div. Dit betekent dat elk hokje 2 ms voorstelt.

19

REKENVOORBEELD 4

Bepaal de frequentie van de trilling in het oscillogram in figuur 19.

GEGEVEN tijdbasis = 2 ms / div

GEVRAAGD f in Hz

UITWERKING

• Bepaal eerst de trillingstijd T:

Een trilling duurt 2 hokjes.

Dus T = 2 × 2 ms = 4 ms = 0,004 s

• Bereken de frequentie f: f = 1 T = 1 0,004 = 250 Hz

OPGAVEN

26 Oscillogram van een toon Bekijk het oscillogram van een toon (figuur 20). De tijdsbasis is 5 ms / div.

a Bepaal de trillingstijd.

b Bereken de frequentie van de toon.

27 Oscillogram van een toon (2)

Bekijk het oscillogram van een toon (figuur 21). De tijdbasis is 1 ms / div.

Figuur 21

Bepaal de frequentie van de toon.

28 Oscillogram: geluid van een gitaarsnaar

Bekijk het oscillogram van het geluid van een gitaarsnaar (figuur 22). De tijdbasis is 1 ms/div.

Figuur 22

a Bepaal de trillingstijd van de snaar.

b Bereken de frequentie van het geluid van de snaar.

c De snaar geeft een zuivere toon als de frequentie 110 Hz is. Moet je de snaar daarvoor stakker of minder strak spannen? Leg uit.

6

29

Oscillogram van een geluid

De mens kan geluid horen met frequenties tussen 20 Hz en 20 kHz. Je ziet een oscillogram van een geluid (figuur 23). De tijdbasis is 1 ms / div (kleine hokjes).

Leg met een berekening uit of de mens dit geluid horen.

30 Geluidsfrequenties van dieren

In de tabel zie je voor enkele dieren welke geluidsfrequenties ze kunnen horen.

Dier Frequentie

Hond

Kikker

Olifant

Vleermuis

In figuur 24 zie je een oscillogram van twee verschillende tonen. De tijdbasis is 1,25 ms / div (kleine hokjes).

Welke dieren kunnen beide tonen horen?

10 Hz – 35 000 Hz

100 Hz – 2500 Hz

1 Hz – 20 000 Hz

100 Hz – 100 000 Hz

6.2

De

snelheid van het geluid

ONTDEKKEN

Topsprinters lopen de 100 m in minder dan 10 s. Bij de start van de 100 m sprint staat de starter het dichtst bij de sprinter in baan 1. Jeroen zit op atletiek en denkt dat deze sprinter daar een voordeel van heeft. Hij zou dat heel vervelend vinden, want hij staat vaak in baan 1 en wil wel eerlijk winnen. Hij vraagt zich af: Hoe zorg je dat de geluidssnelheid geen spelbreker is bij sport?

Maak ontdekopgave 1 en/of 2 om Jeroen zijn vraag te beantwoorden.

1 De atletiekbaan

Alle sprinters staan klaar voor de start. De starter schiet zijn pistool af bij de loper in baan 1. De eindtijden worden tot op 0,01 s gemeten

a De breedte van één atletiekbaan is 1,22 m.

Bereken de afstand tussen het midden van baan 1 en het midden van baan 8.

b Geluid heeft in lucht een snelheid van 343 m/s. Daardoor doet het geluid 0,0092 s over 1 m.

Na hoeveel seconden is het geluid bij baan 8?

c Is het tijdsverschil bij een sprint belangrijk of verwaarloosbaar voor Jeroen?

Leg uit.

2 Buitenspel

Ook bij voetbal kan geluid belangrijk zijn, zoals bij buitenspel. In dat geval staat een aanvaller dichter bij de doellijn van de tegenstander dan een verdediger. Bepalend is het moment dat de bal wordt aangespeeld. De grensrechter kan proberen de speler met de bal en de voorste aanvaller tegelijk te zien. Kan die grensrechter ook luisteren naar het geluid van de voetbalschoen die tegen de bal komt? Maar is dat moment wel echt het moment waarop de bal wordt getrapt?

Als de blauwe speler met de bal (de witte stip) de blauwe speler (rechts van de stippellijn) aanspeelt, dan staat de laatstgenoemde speler buitenspel. De zwarte stip onderin stelt de grensrechter voor. Zie de afbeelding van het voetbalveld (figuur 26).

In de afbeelding

Lengte van het veld

Afstand bal tot grensrechter

a Meet de lengte van het voetbalveld in figuur 26. Noteer je antwoord in de tabel.

b Meet de afstand tussen de bal en de grensrechter. Noteer je antwoord in de tabel.

c Bereken de echte afstand tussen de bal en de grensrechter.

d Gebruik dat geluid 0,00292 s doet over 1 m. Hoelang doet het geluid over deze afstand?

In het echt

100 m

e Een snelle aanvaller loopt de 100 m in 11 s. Welke afstand kan een aanvaller ongeveer afleggen in de tijd die je bij de vorige vraag hebt gevonden? Wat zou Jeroen daarvan vinden?

LEERDOELEN

Aan het eind van deze paragraaf kan ik:

‣ uitleggen hoe geluid zich voortplant;

‣ uitleggen waar de geluidssnelheid van afhangt;

‣ uitleggen wat een echo is en hoe je die kunt gebruiken om afstanden te meten;

‣ rekenen met geluidssnelheid, afstand en tijd.

BEGRIJPEN

In een niet te druk stadion zie je op flinke afstand een voetballer de bal wegschieten. Je hoort dan het bijbehorende geluid van de voet tegen de bal iets later. Bij onweer is dit nog duidelijker te merken: eerst zie je de flits en een paar tellen later hoor je de donder. Hoe komt het geluid naar je toe? Hoe snel gaat dat eigenlijk?

Van geluidsbron naar oor

Bij geluid uit een speaker laat de trillende conus van die speaker de lucht in de buurt trillen. Deze trilling wordt doorgegeven aan de lucht daaromheen. Het geluid plant zich dan steeds verder voort. Dit noem je de voortplanting van het geluid. De snelheid waarmee dit gebeurt, is de geluidssnelheid. Je hoort het geluid als het in je oor komt en het trommelvlies laat trillen.

De trillingen van een geluidsbron planten zich uitsluitend voort als er een tussenstof is, zoals lucht. Waar niets is, zoals in een vacuüm, plant geluid zich dus niet voort. De tussenstof kan ook een vloeistof of een vaste stof zijn. Een duiker onder water hoort de geluiden van de luchtbellen die hij uitblaast. Als je je oor op een tafelblad legt en je tikt met

je vinger zachtjes tegen de andere kant van de tafel, hoor je het geluid via het tafelblad.

Figuur 27 De lucht gaat meetrillen met de geluidsbron en brengt het geluid bij je oor.

De geluidssnelheid

De geluidssnelheid in lucht is, afhankelijk van de luchttemperatuur, ongeveer 343 m/s. In warmere lucht is de geluidssnelheid iets groter dan in koudere lucht. In de meeste vloeistoffen en vaste stoffen is de geluidssnelheid hoger dan in lucht, behalve in zachte materialen zoals rubber. In harde materialen als staal en beton is de geluidssnelheid zeer hoog.

In de tabel staan de geluidssnelheden van verschillende stoffen bij een temperatuur van 20 °C.

Vaste stof Vloeistof Gas

Stof Snelheid (m/s) Stof Snelheid (m/s) Stof Snelheid (m/s)

beton 4 300 alcohol 1 170 aardgas 417

ijzer 5 100 water 1 484 lucht 343

koper 3 800 zeewater 1 510 waterstof 1 284

ONTHOUDEN

‣ Sleutelbegrippen: voortplanting, geluidssnelheid, tussenstof, vacuüm.

‣ De verspreiding van geluid door de ruimte noem je de voortplanting van geluid. Dit gebeurt met de geluidssnelheid.

‣ Geluid heeft een tussenstof nodig om van de bron naar je oren te komen.

‣ De tussenstof is meestal lucht, maar ook vloeistoffen en gassen laten geluid door.

‣ Waar niets is, in het luchtledige (vacuüm), plant geluid zich niet voort.

6

PRACTICUM 6E

Geluid en tussenstof onderzoeken (1)

In dit practicumonderzoek je wat er met geluid gebeurt als je de tussenstof weghaalt.

Dit heb je nodig

‣ twee mobieltjes

‣ een vacuümpomp

‣ een glazen stolp

Dit ga je doen

a Zet een mobieltje onder de glazen stolp.

b Bel met het andere mobieltje naar het mobieltje onder de stolp.

c Pomp de lucht onder de stolp weg.

d Steek een vinger in elk oor (niet te diep) en luister naar de omgevingsgeluiden en naar je eigen stem.

Vragen

1 Hoe verandert het geluid van het mobieltje onder de stolp als de lucht wordt weggepompt?

2 Hoor je helemaal niets meer als de lucht onder de pomp is weggepompt? Wat betekent dit?

3 Hoe komt het dat je het omgevingsgeluid zo slecht hoort met je vingers in je oren?

4 Wat valt je op aan je eigen stem als je je vingers in je oren hebt?

PRACTICUM 6F

Geluid en tussenstof onderzoeken (2)

In dit practicum onderzoek je of geluid zich kan voortplanten door een touwtje.

Dit heb je nodig

‣ een touwtje

‣ een metalen lepel

Dit ga je doen

a Bind de lepel aan het ene uiteinde van het touwtje.

b Druk het andere uiteinde van het touwtje tegen je oor aan.

c Slinger de lepel tegen een tafelblad aan en neemt het geluid waar.

d Haal het touwtje uit je oor en herhaal stap c.

Vragen

1 Beschrijf het verschil tussen het geluid met het touwtje in je oor en zonder het touwtje in je oor.

2 Geef een verklaring voor dit verschil.

OPGAVEN

Maak de opgaven in je boek of online. Online krijg je bij de lichtblauwe Basisopgaven hints en feedback.

3 Beweringen over geluid

Zijn de volgende beweringen over geluid waar of niet waar?

1 Als je geluid maakt, trilt de lucht om je heen mee.

2 Als je naar iemand luistert, trillen je trommelvliezen met dezelfde frequentie als de stembanden van de spreker.

3 Bij een hogere temperatuur beweegt het geluid langzamer door de lucht.

4 Geluid verplaatst zich wel door water maar niet door ijzer.

4 De voortplanting van geluid

Hoe noem je de snelheid waarmee geluid zich voortplant?

◯ geluidssnelheid

◯ lichtsnelheid

◯ trillingssnelheid

◯ vacuümsnelheid

5 Geluidssnelheid

In welke van onderstaande stoffen is de geluidssnelheid het grootst?

◯ beton

◯ ijzer

◯ lucht

◯ water

6 Geluidssnelheid door een materiaal

De geluidssnelheid door een materiaal

Waar Niet waar

◯ is altijd gelijk, want de geluidssnelheid is afhankelijk van de temperatuur.

◯ is altijd gelijk, want de geluidssnelheid is onafhankelijk van de temperatuur.

◯ kan verschillen, afhankelijk van de temperatuur.

◯ kan verschillen, onafhankelijk van de temperatuur.

6 GELUID

7 Geluid op de maan

Waardoor hoor je op de maan geen geluiden?

Leg uit

8 Stoffen op volgorde van geluidssnelheid

Hieronder staan vier stoffen.

Zet de stoffen op volgorde van geluidssnelheid. Zet de stof met de grootste geluidssnelheid vooraan.

aardgas

diamant

olie

zandsteen

9 Geluid van een verkeersvliegtuig

Je hoort hoog in de lucht een verkeersvliegtuig. Als je omhoogkijkt om het vliegtuig te zoeken, zie je het vliegtuig op een andere plek dan je op grond van het geluid gedacht had. Hoe komt dit?

10 De wave

Bij een wave in een stadion steek je je handen omhoog en doe je ze omlaag als je buren dat ook doen (zie figuur 28). Hier wordt een soort trilling doorgegeven. Wat is de overeenkomst tussen een wave en de voortplanting van geluid?

Leg uit.

11 Draden van een koptelefoon

Een koptelefoon is met draden met je telefoon verbonden.

De draden zijn van koper, omdat:

◯ metaal elektrische trillingen goed geleidt.

◯ metaal geluidstrillingen en elektrische trillingen goed geleidt.

◯ metaal geluidstrillingen goed geleidt.

◯ metaal geluidstrillingen kan omzetten in elektrische trillingen.

GELUID 6.2 De snelheid van

BEHEERSEN

Hoe ver weg is het onweer, het vuurwerk, een heimachine? Hoe diep is de zee? Met de geluidssnelheid kun je tijden of afstanden berekenen.

Afstanden meten met echo’s

Soms kun je de echo horen van iets wat je zelf roept. Zo weerkaatst het geluid op een rotswand of een muur en komt naar je oren terug, waardoor je het opnieuw hoort.

Vanuit schepen wordt met een echolood (of echosounder) de diepte van de zee gemeten (figuur 29). Het apparaat stuurt piepjes naar de zeebodem. De bodem weerkaatst de piepjes, het apparaat vangt deze vervolgens weer op. Het apparaat berekent de diepte uit de tijd tussen zenden en ontvangen. Geluidssignalen weerkaatsen ook op vissen. Vissers kunnen zo met het echolood scholen vissen opsporen.

echo geluid

Figuur 29 Met een echolood meet je de diepte van de zee onder het schip.

De afstand kun je bereken met de formule uit hoofdstuk 5.

s = v × t

• s de afstand (in m)

• v de geluidssnelheid (in m / s)

• t de tijd (in m / s)

REKENEN AAN ECHO’S: DIEPTE

Het echolood van een vissersschip zendt geluidspulsen uit en ontvangt na 20 ms de echo van de zeebodem.

Hoe diep is de zee op deze plek?

De geluidssnelheid in water is 1500 m / s.

GEGEVEN t = 20 ms en v = 1500 m / s

GEVRAAGD de diepte van de zee in m

UITWERKING

• reken ms om naar s: 20 ms = 20 1000 = 0,020 s

• bereken de afstand die het geluid aflegt: s = v × t = 1500 × 0,020 = 30 m

• De geluidspuls is heen- en teruggegaan. De zeediepte is dus 30 2 = 15 m.

6

REKENEN AAN ECHO’S: TIJD

Een echoput is 56 m diep. Hoelang duurt het voordat je een echo hoort? De geluidssnelheid is 343 m / s. GEGEVEN de diepte is 56 m en v = 343 m / s

GEVRAAGD t in s

UITWERKING

• Het geluid gaat eerst omlaag en dan omhoog. Bereken de afstand die het geluid aflegt: 2 × 56 m = 112 m

• Bereken de tijd die het geluid hiervoor nodig heeft:

s = v × t

112 = 343 × t

t = 112 343 = 0,327 s

• Je hoort de echo na 0,327 s.

WIST JE DAT? ECHOGRAFIE

Artsen en verloskundigen gebruiken echo’s om in je lichaam te ‘kijken’. Een echoapparaat zendt onhoorbare, hoge geluidspulsjes uit, die tegen botten en organen terugkaatsen. Uit de tijd waarin het geluidspulsje terugkomt, berekent een computer de afstand tot het bot of orgaan en bouwt zo een beeld op. Met echo’s bij zwangerschappen kun je de foetus zien.

ONTHOUDEN

‣ Sleutelbegrip: echo.

‣ Je hoort een echo als geluid weerkaatst en weer bij je terugkomt.

‣ Om met de geluidssnelheid te rekenen gebruik je de formule: s = v × t.

‣ Bij het berekenen van tijd en afstand bij een echo moet je er rekening mee houden dat het geluid heen- en teruggaat. De berekende tijd en de afstand moet je dus delen door 2.

GELUID 6.2 De snelheid van het geluid |

OPGAVEN

Maak de opgaven in je boek of online. Online krijg je bij de lichtblauwe Basisopgaven hints en feedback.

6

12 Beweringen over snelheid

Zijn de volgende beweringen over snelheid waar of niet waar?

Waar Niet waar

1 De eenheid van snelheid is seconde per meter. ◯ ◯

2 Om de afstand te berekenen, deel je de snelheid door de tijd. ◯ ◯

3 Snelheid bereken je door de afstand te delen door de tijd. ◯ ◯

13 Afstand tot het onweer

Tijdens een onweer hoor je de klap 10 s na het zien van de bliksemflits. Reken uit hoeveel meter het onweer bij je vandaan is.

De geluidssnelheid in lucht is m / s.

s = v × t = × = m.

14 Hamer en paal

Je slaat met een hamer op een paal. Je ziet de hamer op de paal slaan, 2 s later hoor je de klap pas.

Reken uit hoeveel meter de paal bij je vandaan staat.

De geluidssnelheid in lucht is m / s.

s = × = × = m.

15 Steen in een diepe put

Je laat een steen in een diepe put gevuld met watervallen. De afstand tot het wateroppervlak is 25 m.

Reken uit hoeveel seconden na het zien van de plons je de plons hoort.

16

Heimachine aan het werk

Je staat op een bepaalde afstand van een werkende heimachine. Je hoort het geluid van de klap, nadat je het blok zag neerkomen. Ook voel je de grond trillen.

Het geluid hoor je 0,52 s nadat het blok neerkwam. Volgens de berekeningen van Thomas staat de machine op een afstand van 177 m.

a Bereken of Thomas gelijk heeft.

Neem voor de snelheid van het geluid

343 m / s.

b De snelheid van de trilling door de grond is 3,5 km / s.

Bereken hoelang deze trilling over dezelfde afstand doet.

17 Het geluid van blauwe vinvissen

Blauwe vinvissen maken dreunende geluiden die honderden kilometers ver te horen zijn. Het geluid weerkaatst bijvoorbeeld op een voorwerp dat 400 km weg is. De geluidssnelheid in zeewater is 1500 m / s.

Bereken hoelang het duurt voordat de blauwe vinvis het geluid weer opvangt.

18

Afstand tot de zeebodem meten

Vanuit een schip wordt met een echolood de afstand tot de zeebodem gemeten. In figuur 32, rechts, zie je het beeldscherm met twee uitgezonden geluidspulsen (de langere balkjes) en een ontvangen echo. De schaal (‘tijdbasis’) is ingesteld op 1 ms per hokje.

6

a Hoeveel seconden verlopen er tussen het uitzenden van de geluidspuls en het ontvangen van zijn echo?

Die tijd is ms, dat is s.

b De geluidssnelheid in zeewater is 1500 m / s. Bereken de diepte van de zee op deze plaats.

c Bereken de maximale diepte die je met het echolood in de figuur kunt bepalen.

19 Terugblik Leerdoelen

Beheers je de leerdoelen al?

Gebruik de Checkopgave(n) om jezelf te beoordelen. Bij sommige leerdoelen waar je iets moet uitleggen, is er geen checkopgave. Probeer dan of je het aan iemand kan uitleggen.

Leerdoelen: ik kan... Checkopgave(n) Beheers je dit leerdoel?

uitleggen hoe geluid zich voortplant.

7 Ja/Deels/Nee, want

uitleggen waar de geluidssnelheid van afhangt.

6 Ja/Deels/Nee, want

uitleggen wat een echo is en hoe je die kunt gebruiken om afstanden te meten.

- Ja/Deels/Nee, want

rekenen met geluidssnelheid, afstand en tijd.

15,16 Ja/Deels/Nee, want

6 GELUID 6.2 De snelheid van het geluid | BEHEERSEN

Keuzemoment Je hebt alle theorie van deze paragraaf verwerkt. Kies wat je nu gaat doen.

• Vind je de theorie nog lastig? Bekijk online de uitlegvideo over deze paragraaf en oefen met de lichtblauwe Basisopgaven van deze paragraaf.

• Snap je de theorie, maar vind je opgaven nog lastig? Kijk dan in onderstaande tabel bij Extra Oefenen.

Leerdoelen: ik kan... Extra oefenen uitleggen hoe geluid zich voortplant. 9, 10 uitleggen waar de geluidssnelheid van afhangt. 8, 11 uitleggen wat een echo is en hoe je die kunt gebruiken om afstanden te meten. -

rekenen met geluidssnelheid, afstand en tijd. 17,18

• Had je steeds ‘Ja’ bij de leerdoelenopgave? Oefen dan nog extra met de roze Pittige opgaven van deze paragraaf of ga verder met Verdiepen.

VERDIEPEN

Het principe van het echolood wordt ook toegepast bij het meten van heel kleine afstanden. Hoe werkt dit?

Dikte meten

Een wanddiktemeter meet vanaf de buitenkant de dikte van de wand van een buis of van een voorraadbus.

Het apparaat produceert een ultrasone geluidspuls. Zo’n puls heeft een heel hoge, voor de mens onhoorbare frequentie. Het geluid kaatst tegen de achterkant van de wand terug. Het apparaat meet de tijd tussen het uitzenden en het weer ontvangen van de puls. Daaruit berekent het de afstand, net als bij het echolood. Je stelt het apparaat in op de geluidssnelheid van het te meten materiaal.

OPGAVEN

20 Een wanddiktemeter

Met een wanddiktemeter wordt de dikte van een koperen plaat gemeten. De geluidssnelheid in koper is 4650 m / s. Het apparaat meet 0,0013 ms tussen het zenden en het ontvangen van een geluidspuls.

a Bereken de afstand die het geluid heeft afgelegd.

b Bereken de dikte van de koperen plaat.

21 Geluidssnelheid van verschillende materialen

In de tabel zie je de geluidssnelheid in verschillende materialen. Met een wanddiktemeter wordt bij een laag onbekend materiaal na 0,05 ms een uitgezonden geluidspuls weer opgevangen. De dikte van het materiaal is 0,09 m.

6

Ga met een berekening na uit welk materiaal de laag bestaat.

22 Een geluidspuls en een laag kurk

Een wanddiktemeter stuurt een geluidspuls door een stuk kurk. De laag kurk is 30 mm dik.

De geluidssnelheid in kurk is 500 m / s.

Bereken na hoeveel seconden de meter de echo van de puls ontvangt.

6.3 Afsluiten

ZO LEER JE ALLES

PLANNEN

‣ Leer vaak, maar kort. Je kunt beter drie keer een half uur leren dan in één keer 1,5 uur. Je hersenen onthouden de stof beter als je het vaak herhaalt.

‣ Leer de stof in verschillende volgordes en combinaties. Oefen niet alleen opgaven van 6.1, maar maak eens een opgave van 6.3, daarna van 6.1 en daarna van 6.2. Afwisseling is lastiger, maar zorgt wel dat je de stof beter leert.

ONTHOUDEN

‣ Maak flashcards van de begrippen die je moet leren. Je noteert dan op kaartjes aan de ene kant het begrip en aan de andere kant de betekenis. Kaartjes van begrippen die je kent, kun je wegleggen en op een later moment herhalen.

‣ Probeer uit je hoofd alle formules op te schrijven die je moet kennen. Kijk daarna jezelf na en verbeter eventuele fouten die je had.

BEGRIJPEN

‣ Maak een woordweb waarin je verbanden legt tussen de begrippen. Formules zijn een goed voorbeeld van zo’n verband.

‣ Stel jezelf Leg uit-vragen. Dit zijn vragen die vaak beginnen met ‘waarom’ of met ‘hoe’. Zoek in de opgaven naar dit soort vragen als je het zelf lastig vindt om ze te bedenken.

BEHEERSEN

‣ Bestudeer de rekenvoorbeelden in de theorie.

‣ Kijk naar de opgave Terugblik Leerdoelen aan het einde van elke paragraaf en maak de checkopgaven opnieuw. Vond je ze lastig? Oefen dan extra met de opgaven onder Extra oefenen.

‣ Maak de proeftoets om alle stof door elkaar te oefenen.

Toepassingsopdrachten In de toepassingsopdrachten pas je de kennis uit het hoofdstuk toe in verschillende situaties. Overleg met je docent of je een toepassingsopdracht gaat maken.

1

2

3

4

Begrippen

amplitude

echo

frequentie

geluidsbron

geluidssnelheid

oscillogram

oscilloscoop

toonhoogte

trilling

trillingstijd

tussenstof

uitwijking

vacuüm

voortplanting

FORMULES

f = 1 T of T = 1 f

s = v × t

De amplitude is de maximale uitwijking van de trilling.

Een echo is een weerkaatsing van het geluid.

De frequentie of toonhoogte van een geluid is het aantal trillingen per seconde.

Een geluidsbron laat de lucht trillen.

De geluidssnelheid is de snelheid waarmee het geluid zich voortplant.

Een oscillogram is de weergave van geluid op een oscilloscoopscherm

Met een oscilloscoop kun je geluidstrillingen zichtbaar maken op een schermpje.

Toonhoogte is een ander woord voor frequentie.

Een trilling is een heen- en weergaande beweging.

De trillingstijd is de tijd van één trilling.

De tussenstof is de stof waar het geluid zich door voortplant.

De uitwijking is de afstand van een trillend voorwerp tot de ruststand

Bij een vacuüm is er geen tussenstof.

De voortplanting van geluid is de verspreiding van geluid door de ruimte.

• f de frequentie in Hz

• T de trillingstijd in s

• s de afstand in meter

• v de geluidssnelheid in meter per seconde (m/s)

• t de tijd in seconde (s)