Geluid en trillingen · wat je hoort is niet de lucht uit zijn mond

Klopt dit wel?

0:00Iemand praat tegen je, een meter of twee bij je vandaan. Er komt lucht uit zijn mond, die lucht komt bij jouw oor aan, en dát is wat je hoort. Klopt dat, ja of nee? Neem even de tijd, want bijna iedereen kiest hier hetzelfde. En de meesten kiezen fout.

0:22Alles wat geluid maakt, trilt.

Alles wat geluid maakt, trilt

0:27Werkelijk alles: een stemvork, een gitaarsnaar, je eigen stembanden, het trilplaatje in de speaker van je telefoon. Kijk maar naar deze stemvork. De benen gaan heen en weer langs hun ruststand: naar buiten, terug, naar binnen, terug. Dat hele rondje, één keer, noemen we één trilling.

0:46En zolang hij trilt, hoor je hem. Pak ik hem vast, dan is het meteen stil. Geen trilling, geen geluid.

De deeltjes reizen niet mee, de trilling wel

0:54Die trilling moet nu naar jouw oor. En daarvoor is iets nodig om doorheen te gaan, een tussenstof: dat noemen we het medium. Meestal is dat gewoon de lucht om je heen. Kijk maar naar de luchtdeeltjes. Het been van de stemvork duwt tegen de deeltjes ernaast, die schuiven op, botsen tegen hun buren en veren daarna weer terug.

1:17En de buren doen precies hetzelfde. Zo wordt die ene duw doorgegeven, deeltje voor deeltje, helemaal tot aan jouw oor. Let nu even heel goed op, want dit is waar bijna iedereen het mis heeft: de deeltjes zelf reizen niet mee. Ze trillen alleen heen en weer om hun eigen plek.

1:39Wat er reist, is de trilling. Precies zoals de wave in een vol stadion: niemand loopt van links naar rechts, en toch gaat die golf het hele stadion rond. Eén verschil: in het stadion gaan de mensen omhoog en omlaag, dwars op de richting van de golf.

2:00Bij geluid trillen de deeltjes juist heen en weer langs diezelfde lijn waarlangs de golf reist. Zo'n doorgegeven trilling noemen we een geluidsgolf.

Welke kant op reist de golf?

2:11Kijk nog één keer naar dat ene gekleurde deeltje. Welke kant op reist de golf, en hoe beweegt dat deeltje zelf? Precies hier zit het verschil met de stadionwave.

Van trommelvlies naar microfoon: de ontvanger

2:23Aan het eind komt die golf ergens aan. Bij jou is dat je trommelvlies: een strak vliesje dat door de aankomende golf zelf in trilling wordt gebracht. Die trilling wordt omgezet in een signaal dat via je zenuwen naar je hersenen gaat, en pas dán hóór je het.

2:42Een microfoon doet trouwens precies hetzelfde, alleen wordt de trilling daar omgezet in een elektrisch signaal. Bron, medium, ontvanger: die keten zit achter élk geluid dat je ooit hebt gehoord.

Waar gaat geluid het snelst: lucht, water of staal?

2:56Eerst voorspellen, dan pas kijken. Waar gaat geluid het snelst, en waar het traagst: door lucht, door water, of door staal?

343, 1480 en ruim 5000 meter per seconde

3:07In lucht van twintig graden gaat geluid 343 meter per seconde. Dat is snel, maar het is nog niks vergeleken met water: daar is het 1480. En in staal ruim 5000 meter per seconde, vijftien keer sneller dan door de lucht. Dat voelt gek, want in staal zit alles toch muurvast?

3:26Maar juist dáárom gaat het zo snel. Het gaat er namelijk niet om hoe dícht de deeltjes op elkaar zitten, maar hoe stévig ze aan elkaar vastzitten. In staal zijn ze zo sterk gekoppeld dat een duw meteen wordt doorgegeven, alsof er strakke veertjes tussen zitten.

3:48In lucht zijn die veertjes er niet. Daar zweven de deeltjes vrij rond en botsen ze tegen elkaar op, en dan reist de trilling ongeveer even snel als de deeltjes zelf bewegen. Dat is een stuk trager. En let op de eenheid, want daar zit een valkuil in: bij vaste stoffen staat de snelheid vaak in kilometer per seconde.

4:114,3 kilometer per seconde is dus 4300 meter per seconde. Niet minder dan 343, maar veel meer. Nog één ding, en dan gaan we rekenen: warmere lucht geeft een hogere geluidssnelheid, want in warme lucht bewegen de deeltjes sneller. Bij een geluidssnelheid hoort dus altijd een temperatuur.

4:33Die 343 is de waarde bij twintig graden; bij nul graden is het 331. En nu kun je iets wat je een paar minuten geleden nog niet kon.

Hoe ver weg sloeg de bliksem in?

4:44Stel: het onweert. Je ziet de bliksem, en drie seconden later hoor je de donder. Licht is zó ontzettend snel dat je die reistijd mag verwaarlozen, en die drie seconden zijn dus helemaal van het geluid. Hoe ver weg sloeg die bliksem in? Vijf stappen.

Rekenen in vijf stappen met v = s / t

5:07Gegeven: de tijd is 3,0 seconden, de snelheid is 343 meter per seconde. Gevraagd: de afstand s, in meter. De formule: v is s gedeeld door t. Invullen: s is 343 maal 3,0, dat is 1029 meter. Antwoord: de bliksem sloeg ongeveer een kilometer verderop in.

5:32En daar zit een vuistregel in die je nooit meer kwijtraakt:

De vuistregel voor onweer

5:36tel de seconden tussen de bliksem en de donder, deel dat getal door drie, en je weet hoeveel kilometer het onweer bij je vandaan is.

Drie dingen om te onthouden

5:45Drie dingen om te onthouden. Eén: geluid begint altijd bij iets dat trilt. Twee: die trilling wordt doorgegeven door een medium, en de deeltjes zelf gaan daarbij niet mee. En drie: hoe steviger de deeltjes aan elkaar vastzitten, hoe sneller het gaat, en met v is s gedeeld door t reken je eraan.

6:06Twee vragen tot slot.

Twee vragen om zelf te doen

6:10Eerst zelf proberen, dan pas het antwoord. Eén: je legt je oor op de rails, en je hoort de trein eerder dan door de lucht. Waarom? Twee: waarom hoor je in de ruimte geen enkele explosie? Denk even na...

De antwoorden

6:31Eén: staal geeft de trilling veel sneller door dan lucht, want daar zitten de deeltjes stevig aan elkaar vast. En twee: in de ruimte is er geen medium, en zonder medium is er niets dat die trilling kan doorgeven. Geen medium, geen geluid.