De snelheid van het geluid - Verrijkingsstof
De snelheid van het geluid - Verrijkingsstof
De snelheid van het geluid - Verrijkingsstof
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>De</strong> <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong> <strong>het</strong> <strong>geluid</strong><br />
Hoe snel gaat <strong>geluid</strong> eigenlijk? Uit ervaring weet je dat <strong>het</strong> heel snel gaat. Als je met<br />
andere mensen praat, dan hoor je meteen wat ze zeggen. Toch weet je ook dat <strong>geluid</strong><br />
tijd nodig heeft om afstand te overbruggen. Kijk en luister maar eens goed naar een<br />
heipaal, zo’n paal die ze in de grond slaan (‘heien’ heet dat) om bijvoorbeeld huizen op<br />
neer te zetten:<br />
Afbeelding 1: heien<br />
Als je goed oplet, dan hoor je de slag <strong>van</strong> de heimachine altijd net even nadat je de slag<br />
hebt gezien. Het <strong>geluid</strong> heeft dus een beetje tijd nodig gehad om je oor te bereiken.<br />
In de lucht waarin wij leven gaat <strong>geluid</strong> heel snel, wel zo’n 1200 kilometer per<br />
uur. Dat is dus tien keer zo snel als een auto. Maar <strong>geluid</strong> kan soms nog veel sneller<br />
gaan. Zoals je misschien weet, kunnen dolfijnen onder water <strong>geluid</strong>en maken:<br />
Afbeelding 2: dolfijnen<br />
1
Die <strong>geluid</strong>en onder water gaan dan met een <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong> 4800 kilometer per uur. Dat is<br />
vier keer zo snel als door de lucht, en ruim vijf keer zo snel als een passagiersvliegtuig.<br />
Maar <strong>het</strong> kan nog sneller. Zo kan <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> <strong>van</strong> een trein, bijvoorbeeld,<br />
razendsnel door <strong>het</strong> staal <strong>van</strong> de de rails gaan. Daar gaat <strong>het</strong> dan met een <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong><br />
18 duizend kilometer per uur doorheen. Dat is dus wel honderd keer zo snel als de trein<br />
zelf. Je kunt zelf controleren dat <strong>geluid</strong> door staal gaat door je oor op een balustrade te<br />
leggen, en een vriendje of vriendinnetje te vragen er op een afstand met een sleutel<br />
tegenaan te slaan:<br />
Afbeelding 3: balustrade<br />
Er zijn dus verschillende stoffen waar <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> doorheen kan, en door elke stof gaat<br />
<strong>het</strong> <strong>geluid</strong> met een andere <strong>snelheid</strong>. Genoemd zijn al lucht, water en staal. Men heeft bij<br />
een hoop verschillende stoffen gemeten hoe snel <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> daar doorheen gaat. Hoe<br />
dat precies is gedaan is hier niet <strong>van</strong> belang; als je wilt weten hoe ze dat heel vroeger<br />
deden kun je kijken bij de museumles <strong>van</strong> <strong>het</strong> Universiteitsmuseum Utrecht over de<br />
metingen <strong>van</strong> professor Moll.<br />
In <strong>het</strong> algemeen blijkt <strong>geluid</strong> door gasvormige stoffen zoals lucht <strong>het</strong> langzaamst<br />
te gaan, al wat sneller door vloeistoffen zoals water, en <strong>het</strong> snelst door vaste stoffen<br />
zoals staal. Maar ook blijkt <strong>geluid</strong> meestal sneller te gaan bij hogere temperatuur, vooral<br />
bij gasvormige stoffen. Bovendien gaat <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> bij de gasvormige stoffen sneller<br />
naarmate die stoffen lichter zijn.<br />
2
1. Geluid in gasvormige stoffen<br />
Koolstofdioxide is een gas dat uit de uitlaten <strong>van</strong> auto’s, bussen en andere<br />
vervoermiddelen komt:<br />
Afbeelding 4: uitlaatgas met kooldioxide; je ziet trouwens geen kooldioxide maar water<br />
Het <strong>geluid</strong> heeft in puur kooldioxide gas een lagere <strong>snelheid</strong> dan in lucht, namelijk<br />
‘slechts’ 930 kilometer per uur.<br />
<strong>De</strong> <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong> <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> in gasvormige stoffen hangt ook af <strong>van</strong> de<br />
temperatuur.<br />
In lucht <strong>van</strong> 20 graden, bijvoorbeeld, is de <strong>snelheid</strong> 1200 kilometer per uur:<br />
Afbeelding 5: lucht <strong>van</strong> 20 graden, de boulevard <strong>van</strong> Scheveningen (Kurhaus)<br />
Maar in lucht <strong>van</strong> 40 graden is de <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong> <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> al bijna 1300 kilometer per<br />
uur:<br />
3
Afbeelding 6: lucht <strong>van</strong> 40 graden: zelfs in Spanje blijft <strong>het</strong> strand leeg<br />
Door aardgas kan <strong>geluid</strong> ook heen, al gebruiken wij <strong>het</strong> meestal alleen om te koken en<br />
onze huizen te verwarmen:<br />
Afbeelding 7: brandend aardgas<br />
In puur aardgas bereikt <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> een hogere <strong>snelheid</strong> dan in lucht, namelijk 1500<br />
kilometer per uur.<br />
Het gas helium is heel licht, zo licht dat <strong>het</strong> <strong>van</strong>zelf omhoog gaat in de lucht Misschien<br />
ken je <strong>het</strong> wel <strong>van</strong> die opstijgende ballonnen:<br />
Afbeelding 8: helium in een ballon<br />
In puur helium gaat <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> nog sneller; <strong>het</strong> haalt daar wel 3500 kilometer per uur.<br />
Het gas waterstof is nog lichter dan helium, en daarom werd <strong>het</strong> vroeger wel gebruikt om<br />
luchtschepen mee te vullen. Maar <strong>het</strong> is zeer brandbaar en daarom uiterst gevaarlijk,<br />
zoals wel uit de volgende afbeelding blijkt:<br />
4
Afbeelding 9: een ontploffend luchtschip gevuld met waterstof<br />
In deze afbeelding zie je <strong>het</strong> luchtschip de Hindenburg, dat in 1937 explodeerde tijdens<br />
de landing in New York. Tegenwoordig probeert men auto’s op waterstof te laten rijden;<br />
gelukkig kan dat heel wat veiliger dan vroeger.<br />
In pure waterstof bereikt <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> een <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong> 4600 kilometer per uur,<br />
bijna even snel als in water.<br />
In Tabel 1 hieronder is de <strong>geluid</strong>s<strong>snelheid</strong> in de genoemde gasvormige stoffen op een<br />
rijtje gezet.<br />
stof <strong>snelheid</strong> <strong>geluid</strong> in kilometer per uur<br />
aardgas 1500<br />
helium 3500<br />
koolstofdioxide 930<br />
lucht 20 graden 1200<br />
lucht 40 graden 1300<br />
waterstof 4600<br />
Tabel 1: <strong>geluid</strong>s<strong>snelheid</strong> in gasvormige stoffen<br />
5
2. Geluid in vloeistoffen<br />
Alcohol is een vloeistof die meestal vermengd met water wordt gedronken als bier, wijn<br />
of een andere drank:<br />
Afbeelding 10: witte wijn met alcohol<br />
In pure alcohol heeft <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> een <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong> 4300 kilometer per uur. Dat is dus<br />
minder dan in pure waterstof.<br />
Kwik is een vloeibaar metaal dat vroeger veel in thermometers gebruikt werd:<br />
Afbeelding 11: kwikthermometer<br />
Kwik is zeer giftig en je mag <strong>het</strong> dan ook nooit inslikken. Maar ook de damp is erg<br />
gevaarlijk om in te ademen. Daarom wordt kwik niet zo vaak meer gebruikt.<br />
In puur kwik haalt <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> een <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong> 5 duizend kilometer per uur.<br />
Behalve <strong>van</strong> de soort vloeistof hangt de <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong> <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> ook hier weer af <strong>van</strong> de<br />
temperatuur. In water <strong>van</strong> 20 graden, bijvoorbeeld, is de <strong>snelheid</strong> 5300 kilometer per<br />
uur. Maar in water <strong>van</strong> 40 graden is de <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong> <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> al bijna 5500 kilometer<br />
per uur. In Tabel 2 hieronder is de <strong>geluid</strong>s<strong>snelheid</strong> in de genoemde vloeistoffen op een<br />
rijtje gezet.<br />
stof <strong>snelheid</strong> <strong>geluid</strong> in kilometer per uur<br />
alcohol 4300<br />
kwik 5000<br />
water 20 graden 5300<br />
water 40 graden 5500<br />
Tabel 2: <strong>geluid</strong>s<strong>snelheid</strong> in vloeistoffen<br />
6
3. Geluid in vaste stoffen<br />
Steen wordt vaak voor wegen gebruikt, zoals hier:<br />
Afbeelding 12: steen als wegdek (via appia antica, Rome)<br />
In deze afbeelding zie je een oude Romeinse weg <strong>van</strong> meer dan tweeduizend jaar<br />
geleden. Als je goed kijkt zie je zelfs de karrensporen nog lopen. Door steen gaat <strong>het</strong><br />
<strong>geluid</strong> met een <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong> wel 13 duizend kilometer per uur.<br />
Geluid kan ook door de stenen ondergrond gaan waarop wij leven: de aardkorst.<br />
Als <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> dan krachtig genoeg is om <strong>het</strong> te voelen, heet <strong>het</strong> ook wel een<br />
aardbeving.<br />
Koper zie je veel als waterleiding of kraan, maar <strong>het</strong> werd vroeger ook veel gebruikt om<br />
wetenschappelijke instrumenten <strong>van</strong> te vervaardigen, zoals bijvoorbeeld kijkers of<br />
telescopen:<br />
Afbeelding 13: koperen telescoop<br />
Door koper gaat <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> met een <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong> 14 duizend kilometer per uur. Dat is<br />
honderd keer zo snel als een intercity.<br />
Geluid kan ook door glas heen, maar je snapt dat <strong>het</strong> dan niet te sterk mag zijn, zie<br />
Afbeelding 10 hierboven. Het is bekend dat glas kapot kan springen als je <strong>het</strong> kunt laten<br />
meetrillen met <strong>het</strong> <strong>geluid</strong>, maar daarvoor moet je wel heel precies de goede toonhoogte<br />
te pakken hebben.<br />
7
Er zijn veel verschillende soorten glas, hardere en zachtere. Geluid gaat sneller<br />
door hard glas (kristal) en langzamer door wat zachter glas. Gemiddeld heeft <strong>het</strong> <strong>geluid</strong><br />
in glas een <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong> 15 duizend kilometer per uur.<br />
Aluminium is een metaal waar<strong>van</strong> de meeste vliegtuigen worden gemaakt omdat <strong>het</strong> zo<br />
licht is:<br />
Afbeelding 14: vliegtuig <strong>van</strong> aluminium<br />
Aluminium wordt ook wel gebruikt als huishoudfolie en als blikjes waar fris in zit. In<br />
aluminium heeft <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> een <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong> bijna 18 duizend kilometer per uur. Dat is<br />
dus twintig keer zo snel als <strong>het</strong> vliegtuig zelf.<br />
Van ijzer wordt heel veel gemaakt, zoals fietsen:<br />
Afbeelding 15: fiets<br />
In deze afbeelding zie je een ouderwetse fiets <strong>van</strong> mer dan honderd jaar geleden. In die<br />
tijd hadden fietsen een enorm voorwiel. Dat was omdat je anders veel te snel moest<br />
trappen om <strong>snelheid</strong> te maken. Tegenwoordig wordt dat opgelost met een ketting, een<br />
groot tandwiel voor en een kleintje achter.<br />
Het <strong>geluid</strong> gaat door ijzer met een <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong> meer dan 18 duizend kilometer<br />
per uur. Dat is duizend keer zo snel als een fietser.<br />
8
Diamant is de hardste stof die we kennen. Doordat <strong>het</strong> zo zeldzaam is, is <strong>het</strong> ook zeer<br />
kostbaar:<br />
Afbeelding 16: diamant<br />
In de afbeelding zie je de Cullinan, de grootste en duurste geslepen diamant <strong>van</strong> de<br />
wereld. <strong>De</strong> waarde wordt geschat op driehonderd miljoen euro.<br />
In diamant bereikt <strong>het</strong> <strong>geluid</strong> een <strong>snelheid</strong> <strong>van</strong> wel 65 duizend kilometer per uur.<br />
Dat is ongeveer zes keer zo snel als een maanraket.<br />
In Tabel 3 hieronder is de <strong>geluid</strong>s<strong>snelheid</strong> in de genoemde vaste stoffen op een rijtje<br />
gezet.<br />
Stof <strong>snelheid</strong> <strong>geluid</strong> in kilometer per uur<br />
aluminium 18000<br />
diamant 65000<br />
glas 15000<br />
koper 14000<br />
steen 13000<br />
ijzer 18000<br />
Tabel 3: <strong>geluid</strong>s<strong>snelheid</strong> in vaste stoffen<br />
9