Mechanische golven en geluidsleer

De oplossingen van deze oefeningen staan op http://inwe.hogent.be/fysica/eerste_bachelor/welcome.htm

Voorbeeld 1

Een trillingsbron trilt sinusoïdaal met een amplitude van 18 cm en een frequentie van 9 Hz. Daardoor wordt een golf veroorzaakt met een golflengte van 36 cm. Bepaal de golffunctie. Bereken de uitwijking, de trillingssnelheid en de trillingsversnelling van het punt op 1,62 m van de oorsprong als t = 0,25 s en als t = 0,75 s.

Voorbeeld 2

Twee geluidsbronnen trillen in fase en hebben een geluidsvermogen van respektievelijk 1,2 mW en 1,8 mW. Bereken de geluidsintensiteit in een punt dat op 5 m ligt van de eerste en op 7 m ligt van de tweede bron als de geluidssnelheid 320 m/s en de frequentie 400 Hz bedraagt? Welke is het geluidsniveau op deze plaats?

Voorbeeld 3

Twee geluidsbronnen trillen in fase en zijn 4 m van elkaar verwijderd. Een luisteraar verplaatst zich op een evenwijdige aan de verbindingslijn tussen de twee luidsprekers op 10 m van deze verbindingslijn. Als hij vanaf de middelloodlijn vertrekkende langs de evenwijdige over een afstand van 0,40 m wandelt naar de kant van de eerste bron, bereikt het geluid minimale intensiteit. Bereken de frequentie van de geluidstrillingen als de snelheid van de golven 340 m/s bedraagt.

Voorbeeld 4

De lucht in een open orgelpijp van 60 cm lengte trilt in de grondtoon.

Hoe lang is de lengte van een halfopen pijp met dezelfde grondtoon in lucht.

Bepaal de lengte van een halfopen pijp die gevuld is met een tweeatomig gas met een molaire massa van 0,36 keer deze van lucht en die dezelfde grondtoon geeft.

Bepaal de lengte van een halfopen pijp die met lucht aangeblazen een grondtoon geeft die vijf zwevingen met de open pijp maakt (de open pijp klinkt hoger) als de geluidssnelheid 330 m/s in lucht bedraagt.

Voorbeeld 5

De grondtoon van een gespannen snaar is na aanstrijken 300 Hz. De golfsnelheid in de snaar bedraagt 180 m/s.

De snaar is op een halfopen klankkast gespannen welke in de grondtoon resoneert.  De geluidssnelheid in de lucht bedraagt 360 m/s.

Bepaal de lengte van de klankkast en de temperatuur van de lucht.

Bereken de spankracht op de snaar als deze een massa heeft van 2,5 gram.

Bereken de golflengte en de frequentie van de tweede boventoon in de snaar en in de lucht. 

Voorbeeld 6

Een ziekenwagen rijdt met loeiende sirene met een snelheid van 108 km/h. De sirene brengt een geluid voort met een frequentie van 400 Hz. Bereken de frequentie die door een autobestuurder waargenomen wordt die met een snelheid van 72 km/h langs dezelfde richting rijdt als de ziekenwagen indien:

·         de auto naar de ziekenwagen toerijdt;

·         de auto en de ziekenwagen zich in tegengestelde zin van elkaar verwijderen;

·         de ziekenwagen in dezelfde zin achter de auto aanrijdt;

·         de ziekenwagen in dezelfde zin vóór de auto rijdt.

Voorbeeld 7

In een golfbuis (proef van Kundt) bevindt zich een ideaal gas op een temperatuur van 45 °C. Een geluid toont knopen om de 10 cm. Bereken de geluidssnelheid in deze buis als je weet dat de geluidssnelheid in hetzelfde gas bij 15 °C 340 m/s bedraagt. Hetzelfde geluid veroorzaakt knopen op opeenvolgende afstanden van 30 cm in een andere golfbuis die gevuld is met een tweede ideaal gas (zelfde aantal atomen per molecule) waarvan de molaire massa 16 keer kleiner is dan deze van het gas in de eerste buis. Bereken de temperatuur van het gas in de tweede buis.