13 voorbeelden van mechanische golven
1. Faseverschil van transversale golven
Bekijk de volgende afbeelding van een sinusgolf !
Als de golflengte van de bovenstaande sinusgolf 80 cm is, dan is het punt met een faseverschil van ¾…
A. P met Q
B.P. met R
C.P. met S
D. Q met S
E.R. met S
Discussie
PQ = 3/4 golflengte
PR = 1 1/2 = 1,5 golflengten
PS = 2 golflengten
QS = 1 1/4 = 1,25 golflengten
RS = 1/2 golflengte
Het juiste antwoord is A.
2. Open en gesloten orgelpijpen
Er zijn twee orgelpijpen aanwezig, een open en een gesloten, beide van gelijke lengte. Als de geluidssnelheid in lucht 340 m/s is, dan is de verhouding tussen de boventoonfrequenties van de twee open orgelpijpen en de boventoonfrequenties van de twee gesloten orgelpijpen gelijk aan...
Discussie
Het is bekend:
De lengte van een open en een gesloten orgelpijp is gelijk.
Snelheid van het geluid in lucht (v) = 340 m/s
Gevraagd:
Antwoord: Vergelijking van de frequentie f van de tweede boventoon (f3 ) van een open en een gesloten orgelpijp.
Open orgelpijp
Een open orgelpijp of open buis is een buis waarvan beide uiteinden open zijn, zoals op de afbeelding hiernaast te zien is.
De afbeelding rechts toont een grafiek van geluidsgolven in een open orgelpijp, waarbij de knooppunten de luchtdichtheid en de buikpunten de luchtspanning voorstellen.
Fundamentele spoed (f 1 ) = v / 2L = 340/2L = 170/L
Tweede boventoon (f 3 ) = 3 f 1 = 3 (170/L) = 510/L
Gesloten orgelpijp
Een gesloten orgelpijp, of gesloten buis, is een buis waarvan het ene uiteinde open is en het andere gesloten, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding. Als beide uiteinden van de buis gesloten zijn, kan de buis niet worden gebruikt.
De afbeelding rechts toont een grafiek van geluidsgolven in een gesloten orgelpijp, waarbij de knooppunten de luchtdichtheid en de buikpunten de luchtspanning voorstellen.
Fundamentele spoed (f 1 ) = v / 4L = 340/4L = 85/L
Tweede boventoon (f 3 ) = 3 f 1 = 3 (85/L) = 255/L
Vergelijking van de tweede boventoonfrequentie f (f 3 ) van open en gesloten orgelpijpen
510/L : 255/L
510: 255
2: 1
3. Intensiteitsniveau van de geluidsgolf
Een geluidsbron met een vermogen van 12,56 W zendt golven homogeen uit in de omringende omgeving. De drempelintensiteit van geluid is 10⁻¹² Wm⁻² . De grootte van de stralingsintensiteit van de golf op een afstand van 10 meter van de bron is...
Discussie
Het is bekend:
Vermogen = 12,56 Watt
Geluiddrempelintensiteit (I o ) = 10 -12 Wm -2
Afstand (r) = 10 meter
Gevraagd: Intensiteitsniveau (TI)
Jawab:
De formule voor de relatie tussen vermogen (P), intensiteit (I) en afstand (r):
Intensiteitsniveau (TI):
4. Geluidsintensiteit
Een luidsprekersysteem produceert een akoestisch vermogen van 36 π watt en een geluidsniveau van 80 dB wanneer het geluid wordt gehoord op een afstand x van de luidspreker. (I o = 10 -12 watt.m -2 ). De juiste waarde van x is…
A. 100 m
B. 160 m
C. 175 m
D. 225 m
E. 300 m
Discussie
Het is bekend dat:
Vermogen (P) = 36 π Watt
Intensiteitsniveau (TI) = 80 dB
Afstand = x
Menselijke gehoorgrens (I o ) = 10 -12 W att.m -2
Gevraagd: Waarde van x
Antwoord :
De formule voor de relatie tussen vermogen (P), intensiteit (I) en afstand (x):
Bereken eerst de geluidsintensiteit op afstand x:
Geluidsintensiteit:
Bereken de waarde van x:
Het juiste antwoord is E.
5. Reizende golf
SMA/MA Nationaal Examen Natuurkunde 2015/2016, vraag nr. 24
De vergelijking voor een lopende golf, uitgedrukt in het Internationale Stelsel van Eenheden (SI), luidt y = 0,2 sin (0,2 πx-20πt)
Uit de volgende verklaringen blijkt:
(1) Golfvoortplantingssnelheid 100 ms -1
(2) Bij x = 0 en t = 0 is de golfafwijking = 0
(3) Golffrequentie 20 Hz
(4) Golfamplitude 2 cm
Welke is correct?
A. (1) en (2)
B. (1) en (3)
C. (1) en (4)
D. (2) en (4)
E. (2) en (3)
Discussie
Drie vormen van golfvergelijkingen:
y = A sin (ωt – kx) ——> 1
ω = 2π / T en k = 2π / λ
y = Een zonde (2π/T) t – (2π/λ) x
y = A sin 2π (t/T – x/λ) ——-> 2
y = A zonde 2π (ft – x/λ) ——-> 2
T = 1/f en λ = v / f
y = A sin 2π (ft – f(x/v))
y = A sin 2πf (t – x/v) ——-> 3
De vergelijking voor de lopende golf in de bovenstaande vraag is gelijk aan vorm 2:
y = 0,2 sin (0,2 πx-20πt)
y = 0,2 sin π (0,2 x-20t)
y = 0,2 sin 2 π (0,1 x-10t)
y = 0,2 sin 2 π (x/10 -10t)
y = A sin 2π (ft – x/λ)
A = amplitude = 0,2 meter = 0,2 (100 cm) = 20 cm
f = frequentie = 10 s⁻¹ = 10 Hertz
λ = golflengte = 10 meter
v = golfvoortplantingssnelheid = f λ = (10 s -1 )(10 m) = 100 ms -1
Het juiste antwoord is A.
6. Doppler-effect
Een ambulance rijdt met een snelheid van 72 km/ u en laat zijn sirene loeien met een frequentie van 1500 Hz. Een motorrijder rijdt met een snelheid van 20 m/ s in de tegenovergestelde richting van de ambulance. Als de geluidssnelheid in de lucht 340 m/ s is , wat is dan de verhouding tussen de frequenties die de motorrijder hoort bij het naderen en bij het verwijderen van de ambulance?
A. 25 : 36
B. 36 : 49
C. 64 : 81
D. 81 : 64
E. 100 : 61
Discussie
Regels voor borden:
v is altijd positief
v p is positief als de luisteraar de geluidsbron nadert.
v p is negatief als de luisteraar zich van de geluidsbron verwijdert.
v s is positief als de geluidsbron van de luisteraar afgekeerd is.
v s is negatief als de geluidsbron de luisteraar nadert.
v p = 0 als de luisteraar stil is
v s = 0 als de geluidsbron stil is
Het is bekend dat:
Frequentie van de geluidsbron (f) = 1500 Hz
Luistersnelheid (v p ) = 20 m/s
Snelheid van de geluidsbron (v /s ) = 72 km/uur = 72 (1000 meter) / 3600 seconden = 72.000 / 3600 meter/seconde = 20 m/s
Snelheid van het geluid (v) = 340 m/s
Vraag: Vergelijking van de frequenties die motorrijders horen bij het naderen en verwijderen van een ambulance
Antwoord :
Formule voor het Doppler-effect:
De frequentie die een motorrijder hoort wanneer hij een ambulance nadert.
Beide signalen wijzen in tegengestelde richting, zodat wanneer de motorfiets de ambulance nadert, ze elkaar ook naderen. v p is positief als de luisteraar de geluidsbron nadert en v s is negatief als de geluidsbron de luisteraar nadert.
De frequentie die motorrijders horen wanneer ze wegrijden van een ambulance.
Beide krachten werken in tegengestelde richting, zodat wanneer de motorfiets zich van de ambulance verwijdert, ze zich ook van elkaar verwijderen. v p is negatief als de luisteraar zich van de geluidsbron verwijdert en v s is positief als de geluidsbron zich van de luisteraar verwijdert.
Vergelijking van de frequenties die motorrijders horen bij het naderen en verwijderen van een ambulance.
Het juiste antwoord is D.
Geluidsintensiteit
7. Bekijk de volgende afbeelding!
Als punt P een geluidsbron is die in alle richtingen uitstraalt, dan is de verhouding van de geluidsintensiteit op de punten S, R en Q respectievelijk...
A. 16 : 25 : 100
B. 16 : 50 : 200
C. 32 : 50 : 100
D. 36 : 25 : 100
E. 72 : 25 : 200
Discussie
Het is bekend dat:
De afstand van punt Q tot de geluidsbron (r)Q) = 3 meter
Afstand van punt R tot de geluidsbron (r R ) = 6 meter
Afstand van punt S tot de geluidsbron (r S ) = 5 meter
Geluidsintensiteit op punt Q = I Q
Geluidsintensiteit op punt R = I R
Geluidsintensiteit op punt S = I S
Vraag: Vergelijking van de geluidsintensiteit op de punten S, R en Q ( I S : I R : I Q )
Antwoord :
Geluidsintensiteit op punt S:
Geluidsintensiteit op punt R:
Geluidsintensiteit op punt S:
Vergelijking van de geluidsintensiteit op de punten S, R en Q:
Het juiste antwoord is D.
8. Geluidsgolven verspreiden zich vanuit hun bron in alle richtingen gelijkmatig. Punt A bevindt zich op een afstand P van de geluidsbron, punt B op een afstand 2P van de geluidsbron en punt C op een afstand 4P van de geluidsbron. De verhouding van de geluidsintensiteiten die A, B en C ontvangen is…
A. 16 : 4 : 1
B. 4 : 2 : 1
C. 4 : 1 : 16
D. 1 : 2 : 4
E. 1 : 4 : 16
Discussie
Het is bekend dat:
Afstand van punt A tot de geluidsbron (r A ) = P
Afstand van punt B tot de geluidsbron (r B ) = 2P
Afstand van punt C tot de geluidsbron (r C ) = 4P
Geluidsintensiteit op punt A = I A
Geluidsintensiteit op punt B = I B
Geluidsintensiteit op punt C = IC
Vraag: Vergelijking van de geluidsintensiteit op punten A, B en C ( IA : IB : IC )
Antwoord :
Geluidsintensiteit op punt A:
Geluidsintensiteit op punt B:
Geluidsintensiteit op punt C:
Vergelijking van de geluidsintensiteit op punten A, B en C:
Het juiste antwoord is A.
9. Doppler-effect
De volgende afbeelding toont een politieauto die een gemotoriseerde crimineel achtervolgt:
Een politieauto, die zijn sirene met een frequentie van 9,30 Hz laat loeien, achtervolgt een motorrijder die met een snelheid van 72 km/u vlucht . De politieauto accelereert tot 108 km/u om de crimineel in te halen. Als de geluidssnelheid in de lucht 340 m/s is , dan is de frequentie van het sirenegeluid dat de crimineel op de motor hoort...
A. 850 Hz
B. 900 Hz
C. 960 Hz
D. 1.020 Hz
E. 1.200 Hz
Discussie
Regels voor borden:
v is altijd positief
v p is positief als de luisteraar de geluidsbron nadert.
v p is negatief als de luisteraar zich van de geluidsbron verwijdert.
v s is positief als de geluidsbron van de luisteraar afgekeerd is.
v s is negatief als de geluidsbron de luisteraar nadert.
v p = 0 als de luisteraar stil is
v s = 0 als de geluidsbron stil is
Het is bekend dat:
Frequentie van de geluidsbron (f) = 9 30 Hz
Snelheid van de luisteraar (vp ) = 72 km/u -1 = 72 (1000 meter) / 3600 (seconden) = 72.000/3600 meter/seconde = 20 m/s = -20 ms -1 (negatief omdat de crimineel zich van de politie verwijdert)
Snelheid van de geluidsbron (v /s ) = 108 km/u -1 = 108 (1000 meter) / 3600 (seconden) = 108.000 / 3600 meter/seconde = 30 m/s = -30 m/s -1 (negatief omdat de politie de crimineel nadert)
Snelheid van het geluid (v) = 340 ms -1
Gevraagd: Frequentie van het geluid dat de luisteraar hoort (f')
Antwoord :
Formule voor het Doppler-effect:
Het juiste antwoord is C.
Geluidsintensiteitsniveau
10. In een zaal leren 100 leerlingen zingen. Als het geluidsniveau van één leerling tijdens het zingen 40 dB is (neem aan dat dit voor elk kind hetzelfde is), dan is het totale geluidsniveau in de zaal… (I o = 10 -12 Wm -2 )
A. 10 -4 Wm -2
B. 10 -5 Wm -2
C. 10 -6 Wm -2
D. 10 -7 Wm -2
E. 10 -8 Wm -2
Discussie
Het is bekend dat:
Intensiteitsniveau van één student (TI ) = 40 dB
De gehoordrempelintensiteit (I o ) van de mens bedraagt 10 -12 W/m 2
Aantal studenten (x) = 100
Gevraagd: Geluidsintensiteit van 100 studenten
Antwoord :
Geluidsintensiteit van 1 student:
Geluidsintensiteit van 100 student:
I x = (x)(I)
I x = (100)(10 -8 ) = (10 2 )(10 -8 )
I x = 10 -6 W/m 2
Het juiste antwoord is C.
11. De geluidsintensiteit van 100 identieke machines is 10⁻⁷ Watt.m⁻² . Als I₀ = 10⁻¹² Watt.m⁻² , wat is dan het geluidsintensiteitsniveau van een machine?
A. 70 dB
B. 60 dB
C. 50 dB
D. 40 dB
E. 30 dB
Discussie
Het is bekend dat:
Geluidsintensiteit van 100 machines (I x ) = 10 -7 Watt.m -2
De gehoordrempelintensiteit (I o ) van de mens bedraagt 10 -12 W/m 2
Aantal machines (x) = 100 = 10 2
Gevraagd: Het geluidsintensiteitsniveau van een machine (TI)
Antwoord :
Geluidsintensiteit van 1 machine:
I x = (x)(I)
10 -7 = (10 2 )( I )
I = 10 -7 / 10 2 = (10 -7 )(10 -2 ) = 10 -9
Geluidsintensiteitsniveau van een machine (TI):
Het juiste antwoord is E.
12. De algemene eigenschappen van golven zijn als volgt:
(1) kan zich niet voortplanten in een vacuüm
(2) plant zich rechtstreeks voort in verschillende media
(3) reflectie ervaren
(4) diffractie ervaren
(5) het ondervinden van interferentie
Wat komt, op basis van de bovenstaande golfeigenschappen, overeen met de kenmerken van lichtgolven?
A. (1) en (2) alleen
B. (3) en (4) alleen
C. (2), (3) en (4)
D. (3), (4) en (5)
E. (1), (3), (4) en (5)
Discussie
(1) Lichtgolven zijn elektromagnetische golven die geen voortplantingsmedium nodig hebben. Omdat ze geen voortplantingsmedium nodig hebben, kunnen elektromagnetische golven zich in een vacuüm voortplanten.
(2) Wanneer lichtgolven die zich in een medium voortplanten een nieuw medium binnengaan, ondergaan de lichtgolven ook breking. Breking van licht is het buigen van de voortplantingsrichting van lichtgolven. Breking treedt op vanwege het verschil in snelheid van de lichtgolven in elk van de verschillende media.
(3) Naast breking ondergaan lichtgolven ook reflectie. De reflectie van licht door een vlakke spiegel is een voorbeeld van het verschijnsel lichtreflectie. De reflectie van licht door een vlakke spiegel maakt het mogelijk dat vlakke spiegels als make-uptools gebruikt kunnen worden.
(4) Diffractie wordt niet alleen ondervonden door elektromagnetische golven zoals lichtgolven, maar ook door mechanische golven zoals watergolven en geluidsgolven.
(5) Behalve bij elektromagnetische golven zoals lichtgolven wordt interferentie ook ondervonden bij mechanische golven zoals watergolven, touwgolven of geluidsgolven.
Het juiste antwoord is D.
13. Let op de volgende golfeigenschappen!
(1) diffractie ervaren
(2) reflectie ervaren
(3) kan zich niet voortplanten in een vacuüm
(4) kan polarisatie ervaren
(5) beweegt rechtuit wanneer het door twee verschillende mediums gaat
Uit de bovenstaande golfeigenschappen die overeenkomen met de kenmerken van geluidsgolven, volgen...
A. (1), (2) en (3)
B. (1), (2) en (4)
C. (1), (3) en (4)
D. (2), (3) en (4)
E. (3), (4) en (5)
Discussie
(1) Diffractie wordt niet alleen ondervonden door elektromagnetische golven zoals lichtgolven, maar ook door mechanische golven zoals geluidsgolven.
(2) Reflectie of weerkaatsing wordt ervaren door elektromagnetische golven zoals lichtgolven en mechanische golven zoals geluidsgolven of watergolven. Een voorbeeld van het verschijnsel van geluidsgolfreflectie is een echo.
(3) Geluidsgolven zijn mechanische golven. Mechanische golven zijn golven die een voortplantingsmedium nodig hebben om zich voort te planten. Als er geen medium is, zoals in een vacuüm, kunnen geluidsgolven zich niet voortplanten.
(4) Polarisatie wordt ervaren door transversale golven zoals touwgolven, wateroppervlaktegolven en elektromagnetische golven zoals lichtgolven. Geluidsgolven zijn longitudinale golven en kunnen daarom geen polarisatie ervaren.
(5) Bij de voortplanting van het ene medium naar een ander medium ondergaan geluidsgolven breking, oftewel een verandering in de voortplantingsrichting. Breking treedt op wanneer de golf een ander medium binnendringt.
Het juiste antwoord is A.
Bron van de vraag:
Natuurkundevragen voor het nationale eindexamen voor de bovenbouw van het voortgezet onderwijs/beroepsonderwijs.
