Geluidsgolven, decibels en het luidste geluid ooit opgetekend
De golfvergelijking, hoe temperatuur de geluidssnelheid verandert, de logaritmische decibelschaal, en wat de verslagen van Krakatau uit 1883 ons vertellen. Met een echoproef om de geluidssnelheid te meten.
Lees
Geluid is een longitudinale drukgolf: een verstoring van materie die zich vanaf de bron naar buiten voortplant, opgebouwd uit verdichtingen en verdunningen. Zoals alle golven voldoet geluid aan v = f·λ, met v de golfsnelheid, f de frequentie en λ de golflengte. Het menselijk gehoor loopt van ongeveer 20 Hz tot 20.000 Hz.[1][2]
In lucht hangt de geluidssnelheid af van de temperatuur: v = 331 m/s × √(T / 273 K), met T in kelvin. Bij 20 °C (293 K) geeft dat ongeveer 343 m/s. In zoet water gaat geluid ongeveer 1480 m/s en in staal ongeveer 5960 m/s.[2]
Geluid heeft een middenstof nodig. Het grootste deel van de ruimte is in wezen een vacuüm, dus geluidsgolven kunnen zich daar niet voortplanten, al is het hete gas in clusters van sterrenstelsels dicht genoeg om drukgolven met een heel lage frequentie door te geven.[5]
Luidheid meet je op de logaritmische decibelschaal: β = 10·log₁₀(I / I₀), met I₀ = 10⁻¹² W/m² (de gehoordrempel). Elke +10 dB betekent 10 keer de intensiteit: een geluid van 90 dB is 1000 keer zo intens als een van 60 dB. Typische waarden: fluisteren 20 dB, gesprek 60 dB, pijngrens 120 dB, straalvliegtuig op 30 m 140 dB, trommelvliezen scheuren bij ongeveer 160 dB.[3]
In augustus 1883 ontplofte de vulkaan Krakatau. Een barometer in de gasfabriek van Batavia, ongeveer 160 km verder, sprong meer dan 2,5 inch kwik omhoog: een drukpiek die overeenkomt met meer dan 172 dB. Op het schip Norham Castle, ongeveer 64 km verder, schreef de kapitein dat de trommelvliezen van meer dan de helft van zijn bemanning gescheurd waren.[4]
De ontploffing werd gehoord op het eiland Rodrigues, ongeveer 4.800 km verder. Lang nadat ze te zwak was om nog te horen, bleven barometers over de hele wereld de drukgolf registreren, terwijl die drie tot vier keer in elke richting rond de aardbol ging.[4]
Probeer het: Meet de geluidssnelheid met een echo
Je hebt nodig
- Een grote, vlakke muur (een schoolgebouw) met open terrein ervoor
- Een meetlint of meetwiel
- Twee houten blokken om tegen elkaar te klappen
- Een stopwatch (of een gsm)
Veiligheid
Kies een plek weg van het verkeer. Houd je vingers weg tussen de klapblokken. Gebruik geen startpistolen of iets explosiefs.
Wat moet je doen
- Ga minstens 50 m van de muur staan. Meet de afstand d tot de muur.
- Klap de blokken één keer tegen elkaar en luister naar de echo.
- Klap nu regelmatig, zodat je elke klap precies geeft op het moment dat je de echo van de vorige hoort. Oefen het ritme.
- Een klasgenoot meet de tijd van 20 klappen (begin te tellen bij nul). Herhaal drie keer.
- Tussen twee klappen gaat het geluid naar de muur en terug, een afstand van 2d. Tijd per klap t = (totale tijd) ÷ 20.
- Bereken v = 2d / t. Vergelijk met 331 × √(T/273) voor de luchttemperatuur van vandaag.
Wat gebeurt er, en waarom?
De echomethode gebruikt een lange weg en veel herhalingen, zodat fouten door je reactietijd klein worden. Je resultaat zou binnen ongeveer 10% van 340 m/s moeten liggen. Warmere lucht geeft een iets hogere snelheid, zoals v = 331·√(T/273 K) voorspelt.[2]
Speel: Decibelladder
Zet elk geluid, of elke berekening, op de juiste sport van de decibelladder. Denk eraan: +10 dB is 10 keer de intensiteit.
Je beste score wordt alleen op dit toestel bewaard. Er wordt niets verstuurd.
Quiz
Andere leeftijden: 6–7 jaar · 10–11 jaar