geluidsnelheid en frequentie

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vmbo t
• Leerjaar 4

Bij deze les heb je het volgende nodig:

• schrift en pen
• rekenmachine
• telefoon
• binas !!!!
• leerboek hoofdstuk 5

geluidsnelheid en frequentie

Starter for ten

Reken de volgende eenheden om.

54 kHz	Hz
3 ms	s
0,2 kHz	Hz
0,25 ms	s
160 ms	s

kHz betekent kiloHertz

ms betekent milli seconde

binas tabel 3

54000Hz

0,003s

200Hz

0,00025s

0,16s

Voorkennis

• Bij beweging heb je geleerd dat bij een constante beweging de snelheid niet verandert.
• bij beweging heb je geleerd dat je de snelheid (v) kunt uitrekenen met de afstand (s) en de tijd (t). De eenheid van de snelheid is m/s.
• de eenheid van tijd is de seconde (s) en van afstand is de meter (m)

Doelen: (voor twee lessen)

• je moet een berekening kunnen maken met de geluidsnelheid
• je moet weten wat de frequentie betekent
• je moet weten wat de trillingstijd is
• je moet weten wat omgekeerd evenredig is (wiskunde)
• je moet de frequentie en de trillingstijd kunnen omrekenen naar elkaar 

Vaardigheid 1 (een formule gebruiken)

Bij een berekening doe je altijd zichtbaar 4 stappen.

Dit mag ook op een andere manier genoteerd worden.

* noteer de formule	* noteer de vraag * noteer de gegevens uit de vraag in de goede eenheid
* noteer de rekensom	* noteer de natuurkundige antwoordzin (symbool = getal + eenheid)

Vaardigheid 2 (ombouwen van een formule)

In je binas staat (tabel 8, formule 1) 

• maak een driehoek met een (deel)streep door de driehoek
• noteer in het midden onder de streep het keer teken
• in de formule staat de s boven de deelstreep, ook in de driehoek doen
• de andere twee komen onder de streep (voor en achter het keerteken)

v​geluid​​=​t​​s​​

s

v(g)  x   t

Vaardigheid 2 (ombouwen van een formule)

• leg je vinger op dat gene dat je moet uitrekenen en noteer de formule die je overhoudt.
• stel je moet je v(g) uitrekenen:
• stel je moet de s uitrekenen:  
• stel je moet de t uitrekenen:

v​geluid​​=​t​​s​​

s

v(g)  x   t

s=v​geluid​​⋅t

t=​v​geluid​​​​s​​

De geluidsnelheid

In je binas (tabel 27) staan de geluidsnelheden door de verschillende tussenstoffen. Deze snelheid noemen ze de voortplantingssnelheid van geluid

Zoek de geluidsnelheid door ijzer, ijs, water, zeewater, lucht en lucht bij 15 graden Celsius.

Noteer deze snelheden op het werkblad.

een tussenstof (of medium) is de stof tussen de geluidsbron en de ontvanger. Meestal is dit lucht.

Waarom gaat geluid sneller door zeewater dan door gewoon (zoet) water?

Voor de thuiswerkers.
Noteer hier de voortplantingssnelheid van geluid door:
* IJzer * Zeewater
* IJs * Lucht
* Water * Lucht van 15 graden Celsius

Vraag: (maken in je schrift)

Een walvis praat met een andere walvis. Het geluid gaat door het oceaanwater. Het geluid is 12 seconde onderweg.

Bereken de afstand tussen de twee walvissen

gebruik je binas

oceaanwater is een soort van zeewater

gebruik de formule s = v(g) . t

Voor de thuiswerkers.
Noteer je antwoordzin

Vraag: (antwoord)

Een walvis praat met een andere walvis. Het geluid gaat door het oceaanwater. Het geluid is 12 seconde onderweg.

Bereken de afstand tussen de twee walvissen

formule: s = v(g) . t	vraag: s = ? (afstand = s van stukje) gegevens: v(g) = 1510 m/s (binas 27 zeewater) t = 12 s
som (gegevens invullen in formule) s = 1510 x 12	antwoordzin: s = 18180 m (of 18,2 km)

Vraag: maak in je schrift

In de figuur zie je twee schaatsers klaarstaan voor de start. De temperatuur van de lucht is 0 °C. De geluidsnelheid is dan 331 m/s. De schaatsers staan niet op één lijn, omdat de schaatser in de buitenbaan dan meer meters zou moeten rijden. Degene die het startschot lost, moet volgens de regels zo staan dat hij beide schaatsers kan zien. In figuur a zie je hoe dat meestal gebeurt.

1. Bereken na hoeveel tijd schaatser 1 in figuur a het startschot hoort.
2. Bereken na hoeveel tijd schaatser 2 in figuur a het startschot hoort.

Voor de thuiswerkers.
Noteer je antwoordzin

Antwoord

	gevraagd: t(1) bij 14 m = ? t(2) bij 30 m = ? gegevens: v(g) = 331 m/s s(1) = 14 m s(2) = 30 m
	t(1) = 0,042 s t(2) = 0,091 s

t=​v​geluid​​​​s​​

t​1​​=​331​​14​​

t​2​​=​331​​30​​

Huiswerk

5.1 vandaag en 5.2 van morgen in het leerhuis.

Huiswerk voor woensdag (afhebben)

maken de vragen van paragraaf 5.1 vraag 6, 7, 8, 9 en 10

Bij deze les heb je het volgende nodig:

• schrift en pen
• rekenmachine
• telefoon
• binas !!!!
• leerboek hoofdstuk 5

geluidsnelheid en frequentie

Doelen: (voor twee lessen)

• je moet een berekening kunnen maken met de geluidsnelheid
• je moet weten wat de frequentie betekent
• je moet weten wat de trillingstijd is
• je moet weten wat omgekeerd evenredig is (wiskunde)
• je moet de frequentie en de trillingstijd kunnen omrekenen naar elkaar 

Voorkennis

Een golf is een regelmatig patroon die bestaat uit buiken en knopen.

Bij een golf worden de volgende (natuurkundige) begrippen gebruikt:

• Periode = 1 golfbeweging
• golflengte = de tijd die nodig is om 1 golf beweging (1 periode) te maken.
• frequentie = hoeveel golfbewegingen zijn er in 1 seconde
• amplitude = de hoogte van de golf (of de diepte van de golf) gemeten vanaf het evenwichtspunt
• evenwichtspunt = de middenlijn van de golf

 

Omgekeerd evenredig

• Omgekeerd evenredig betekent wat grootheid 1 groter wordt, wordt grootheid 2 kleiner.
• voorbeeld met een taart.
• als je een taart in twee stukken verdeeld is de grootte van ieder stuk gehalveerd (aantal stukken x 2; grootte van een stuk : 2)
• als je de taart in vier stukken verdeeld is de grootte van ieder stuk een kwart (aantal stukken x 4; grootte van een stuk : 4)

De frequentie

• De frequentie is een natuurkundige grootheid die aangeeft hoeveel trillingen er per seconde zijn. 
• Het symbool voor de frequentie is de kleine letter f (Binas tabel 6)
• De eenheid van de frequentie is de de Hertz, afgekort met een hoofdletter H en een kleine letter z (Hz) (Binas tabel 6)

Hoe hoger de frequentie, des te hoger is het geluid (denk aan de geluidstest).

Gehoorbereik

De mens heeft een gehoorbereik van 20 Hz tot 20 000 Hz.

Hoger geluid noemen we ultrasoon geluid, dit is geluid met een frequentie die boven de 20 000 Hz ligt en dus onhoorbaar voor mensen.

Lager geluid noemen we infrasoon geluid, dit is geluid met een frequentie die onder de 20 000 Hz ligt en dus onhoorbaar voor mensen.

Gehoorbereik

Er zijn dieren die een ander gehoorbereik hebben dan de mens.

Toonhoogte (snaar instrumenten)

Hangt af van:

- spanning

- doorsnede snaar

- lengte snaar

De trillingstijd

• De trillingstijd is een natuurkundige grootheid die aangeeft hoelang één trilling duurt. 
• Het symbool voor de trillingstijd is de hoofdletter T (Binas tabel 6)
• De eenheid van de trillingstijd is de seconde, afgekort met een kleine letter s (Binas tabel 6)

De trillingstijd is omgekeerd evenredig met de frequentie

Frequentie en Trillingstijd

Trillingstijd (T) en frequentie (f) hebben met elkaar te maken.  De trillingstijd en de frequentie zijn omgekeerd evenredig met elkaar.

Voorbeeld: Gitaarsnaren kunnen 400 keer per seconde trillen. 

1 trilling duurt dan 1/400  = 0,0025 s. 

Kijk in je binas hoe je de trillingstijd en de frequentie naar elkaar kunt omrekenen.

00:30

Noteer de naam van het merk

00:48

Noteer de naam van het merk

01:04

Noteer de naam van het merk

Vraag: maken in je schrift

Bereken de frequentie.

• de opname hiernaast heeft een horizontale tijdas. 1 hokje is 0,1 ms.
• Bereken eerst de trillingstijd in seconden

Voor de thuiswerkers:
Noteer hier de antwoordzin op de vraag die je gemaakt hebt.

ANTWOORD

• 1 periode neemt de plaats in (horizontaal) van 5 hokjes.
• 1 hokje duurt 0,1 ms (= 0,000 1 s)
• 1 golflengte is dus 5 x 0,1 = 0,5 ms (= 0,000 5 s)

Bereken de frequentie.

de opname hiernaast heeft een horizontale tijdas. 1 hokje is 0,1 ms.

Bereken eerst de trillingstijd in seconden

	vraag: f = ? gegevens: T = 0,000 5 s
	f = 2000 Hz

f=​T​​1​​

f=​0,0005​​1​​

Hiernaast een oscilloscoopbeeld.
Wat wordt met de rode pijl
aangegeven?

1. De amplitude A
2. De trillingstijd T
3. De frequentie f
4. De uitwijking u

Hiernaast een oscilloscoopbeeld.
Wat wordt met de rode pijl
aangegeven?

1. De amplitude A
2. De trillingstijd T
3. De frequentie f
4. De uitwijking u

Vraag: maken in je schrift

De vleugels van een mug gaan heel snel op en neer. Daardoor ontstaat een gezoem met een frequentie van ongeveer 400 Hz.

Hoelang doet een mug over één vleugelslag (op en neer)?

Hieronder een blokje dat aan een veer heen en weer beweegt. Sleep de termen naar de juiste plek.

Amplitude

Uitwijking

Evenwichtsstand

Opgaven

Opgave 1
Een luidspreker produceert een toon van 2035 Hz. Bereken de trillingstijd van deze toon in milliseconden.

Opgave 2

Een kolibrie beweegt tijdens het vliegen zijn vleugels erg snel op en neer. Hierdoor is een zoemend geluid te horen met een frequentie van 55 Hz.

a. Hoelang duurt één trilling met zijn vleugels?

b. De beweging wordt vastgelegd met een camera die 1100 beelden per seconde kan maken. In hoeveel frames wordt één trilling van de vleugel van de kolibrie vastgelegd?

Opgave 3
Bij het aflezen van een oscilloscoopbeeld is het gebruikelijk om de tijdsduur van meerdere trillingen tegelijk op te meten. Vertel waarom dit zo is.

Opgave 4

Teken het (u,t)-diagram van een trillend voorwerp met een frequentie van 3,5 Hz en een amplitude van 2,5 cm.

Opgave 5

Wat is de relatie tussen de toonhoogte en de frequentie?

Opgave 6

Gezoem van een mug heeft een hogere toonhoogte dan het gezoem van bijvoorbeeld een hommel. Welk insect beweegt zijn vleugels vaker op en neer in een bepaalde tijd?