Samenvatting Natuurkunde Newton Hoofdstuk 7 Muziek en telecommunicatie

Natuurkunde Hoofdstuk 7
Muziek en telecommunicatie
7.1 Introductie

 Geluid verplaatst zich door de lucht met een constante snelheid, de geluidssnelheid.
o Dat is de snelheid waarmee de trillingen worden doorgegeven door de
deeltjes in de lucht, de moleculen. De deeltjes geven de trillingen aan elkaar
door.
 Als je de snelheid van het geluid kent, kun je met de echo van een geluidssignaal de
afstand bepalen tussen de bron en het reflecterende voorwerp.
 Zowel de geluidsterkte als de toonhoogte van geluid kunnen variëren.
o De toonhoogte hangt af van het tempo waarin de geluidsbron trilt. De
toonhoogte is hetzelfde als de frequente, het aantal trillingen per seconde.
o De geluidsterkte hangt af van de maximale uitwijking van de trillingen. De
geluidssterkte die je hoort neemt ook af met de afstand van je oor tot de
geluidsbron.

7.2 Geluid, trillingen en zuivere tonen

Geluidbron
 Een voorbeeld van een geluidsbron is een stemvork.
 De frequentie (ofwel: de toonhoogte) van een geluidsbron is het aantal trillingen per
seconde, met als eenheid Hertz (Hz).
 De sterkte van het geluid wordt bepaald door de grootte van de drukvariaties die in
de lucht worden doorgegeven.
 Een klankkast versterkt het geluid doordat de lucht gaat meetrillen.

Resonantie
 Het meetrillen van de ene stemvork met de andere heet resonantie. Voorwaarde: de
frequentie van beide stemvorken meten dezelfde zijn om te kunnen resoneren.

Geluid in beeld
 Een oscillogram laat de bewegingen van de trilling zien. Het is een u,t-diagram.
o De maximale verticale uitwijking op het scherm, de spanning (in V), is een
maat voor de geluidssterkte.
o Het patroon herhaalt zich steeds na een bepaalde korte tijd, de periode.
o De evenwichtstand is de positie in rust, zonder trilling.

Oscillogram van een harmonische trilling
 In een oscillogram kun je de trillingstijd en de amplitude van de trilling aflezen.
o De trillingstijd T is de periode van één hele trilling en heeft als eenheid de
seconde (s).
o De amplitude A is de maximale uitwijking van de trilling.

,  Een harmonische trilling is een trilling met slechts één frequentie, het oscillogram is
een sinusvorm.
 Als de geluidsbron een harmonische trilling uitvoert, noemen we het geluid een
zuivere toon.
 Een samengestelde toon bestaat uit verschillende frequenties door elkaar heen.
 De toonhoogte van een samengestelde trilling is de frequentie van de laagste toon
die erin voorkomt, de grondtoon.

Waardoor wordt de toonhoogte bepaald?
 Een trilling is een periodieke beweging om een evenwichtstand.
 De trilling van een snaar hangt van twee grootheden af:
o de massa van de snaar
o de spankracht van de snaar.
 Als je een snaar opzij trekt en loslaat, gaat hij een poosje trillen met een frequentie
die altijd dezelfde is bij dezelfde spankracht en lengte. We noemen dit de
eigenfrequentie van de snaar.
 De massa-veersysteem voert een harmonische trilling uit, wanneer je de massa opzij
trekt en loslaat. Het u,t-diagram is een sinuslijn.

Beheersen
Frequentie en trillingstijd
De frequentie f (in Hz) en de trillingstijd T (in s) zijn elkaars omgekeerde.

Massa-veersysteem
Bij een massa-veersysteem is de veerkracht Fv (in N) evenredig met de
uitwijking u (in m)
Bij een massa-veersysteem hangt de trillingstijd T (in s) af van de massa m (in
kg) van het voorwerp en de veerconstante C (in N/m).

Uitwijking
De uitwijking bij een harmonische trilling is een sinusfunctie in de tijd.
t
u = A ∙ sin (2π ∙ T ¿=¿ A ∙ sin (2π ∙ f ∙
Fase
De fase ϕ is het aantal trillingen dat verlopen is sinds t
= 0, dit is het tijdstip waarop het trillende voorwerp
door de evenwichtsstand ging in de positieve richting.

Gereduceerde fase
De gereduceerde fase ϕred is het aantal trillingen dat verlopen is sinds de laatste passage van
het trillende voorwerp door de evenwichtsstand in de positieve richting.

Faseverschil
Bij twee trillingen met gelijke trillingstijd is er sprake van een faseverschil. Het is het verschil
in de gereduceerde fase ϕred. Als ϕred= 0 zijn de trillingen in fase, als ϕred= ½ zijn de
trillingen in tegenfase.

t t
φ= =f ∙ t φ= =f ∙ ∆ t
T T