Science is a way of thinking much more than it is a body of knowledge.
Carl Sagan
Zonder golven zou er niets zijn. Geen warmte, geen licht, geen geluid. Zelfs geen beweging. Helemaal niets.
Want golven zijn niet zomaar een abstract wetenschappelijk concept, of iets dat je alleen ziet op het oppervlak van de oceaan. Ze zijn letterlijk overal, altijd.
Golven zijn, heel eenvoudig gezegd, verstoringen of variaties in een medium die de overdracht van energie mogelijk maken. Zonder golfbeweging kan energie niets doen. En zonder energie zouden golven geen verstoring of verplaatsing kunnen veroorzaken, en zouden ze dus helemaal niet bestaan.
Deze dingen die we golven noemen, zijn daarom een bepalend kenmerk van ons universum. En ze helpen een groot deel van de verschijnselen in de natuurkunde te verklaren, van lichtreflectie, dat een type elektromagnetische golf is, tot geluid, dat een van de vele mechanische golven is. Maar radiogolven, röntgenstraling, warmte, om nog maar te zwijgen van oceaangolven, de beweging van een touw en de trilling van een gitaarsnaar, zijn allemaal het resultaat van hetzelfde principe binnen de golven natuurkunde.
Dus wees niet iemand die denkt dat golven irrelevant zijn voor je leven, of dat wetenschap ‘saai’ is. Want zonder deze golfbewegingen zouden we niets zijn.
Hier volgt daarom een gids over de belangrijkste aspecten van golven en hun gedrag, van hun fysieke eigenschappen tot enkele technologieën waarin ze worden gebruikt.
Zonder golven zou energie zich niet kunnen verplaatsen, wat betekent dat licht, geluid en zelfs warmte onmogelijk zouden zijn.
De trillingen van een gitaarsnaar en radiogolven volgen exact hetzelfde natuurkundige principe, alleen op totaal verschillende schalen.
Wat zijn de eigenschappen van golven in de golven natuurkunde?
Nogmaals, golven zijn verstoringen in een medium die gepaard gaan met een overdracht van energie. Dit is een belangrijk punt om te onthouden: golven dragen energie over, geen massa.
Stel je een spoorlijn voor. Als je je oor op een spoor zou leggen, kun je iemand die verderop op de spoorlijn klopt van grote afstand horen. In dit geval wordt alleen de geluidsenergie overgedragen: elke keer dat de ander klopt, word je niet geraakt door de massa van het spoor, alleen door de geluidsenergie.
Hetzelfde gebeurt bij alle verschillende soorten golfbeweging: het is niet de massa die wordt overgedragen, het is de energie.
Toch verplaatsen golven massa terwijl ze zich voortplanten. En de manier waarop ze die massa verplaatsen, bepaalt of ze worden ingedeeld als een transversale golf of een longitudinale golf. Bij de eerste wordt massa verplaatst in een hoek loodrecht op de richting van de energiebeweging, bij de tweede is de verplaatsing parallel aan die beweging.
Amplitude en golflengte bij golfbewegingen
Ongeacht de beweging van de verplaatsing van het medium komen beide soorten golven voor met verschillende amplitudes en met verschillende golflengtes. Dit zijn de twee centrale manieren waarop we golven in het algemeen meten binnen de golf natuurkunde.
Amplitude verwijst naar de grootte van de verplaatsing. In een diagram van een transversale golf zie je dit terug in de polarisatie, of de afstand tussen de top of het dal van een golf en de rustpositie. De amplitude van een golf zou de luidheid van een geluidsgolf bepalen, of de kracht van een seismische golf.
Frequentie daarentegen is de maat voor de snelheid van de golf. Dit wordt gemeten door te kijken naar het aantal oscillaties, de herhaling van een golf, per seconde, en wordt gemeten in hertz.
Een geluidsgolf met een hogere frequentie heeft bijvoorbeeld een hogere toonhoogte.
Voor extra duidelijkheid over de bijbehorende berekeningen en concepten kun je overwegen een natuurkunde wiskunde tutor te raadplegen om je begrip verder te verdiepen.
Elektromagnetische golven in de golf natuurkunde
Hoewel het gebruikelijk is om te zeggen dat golven een materieel medium nodig hebben om doorheen te reizen, is dat niet strikt waar. Alleen mechanische golven hebben een medium van moleculen en atomen nodig, alleen die kunnen niet door een vacuüm reizen.
Elektromagnetische golven zijn daarentegen zelfvoortplantend. Deze kunnen door een vacuüm reizen omdat het medium dat ze verstoren of verplaatsen niet strikt materie is. Hun verstoringen zijn eigenlijk verstoringen van het elektromagnetische veld dat ze zelf creëren.
Lees voor meer hierover ons artikel over de eigenschappen van golven.
Transversale golf en longitudinale golf: golfbewegingen uitgelegd
We noemden hierboven het verschil tussen transversale golven en longitudinale golven. Terwijl de laatste het medium parallel verplaatst aan de richting waarin de energie reist, staat bij de eerste de verplaatsing loodrecht op deze beweging.
Daardoor werken deze dingen op iets andere manieren, en dat maakt hun terminologie ook iets anders.
Bij transversale golven spreken we in een golfdiagram over toppen en dalen, dit zijn de momenten van de grootste verplaatsing in de golf, of de delen van de golf die het verst van de rustpositie liggen. Door variaties in de druk tussen de deeltjes terwijl de energie zich erdoorheen beweegt, bewegen ze van de rustpositie af en weer terug.
Bij longitudinale golven is alle beweging parallel en vinden de drukvariaties plaats in de richting waarin de energie reist. In plaats van toppen en dalen hebben we dan verdichtingen, gebieden met hoge druk, en verdunningen, gebieden met lage druk.
Voorbeelden van transversale en longitudinale golven natuurkunde
Het is handig om enkele van de bekendere voorbeelden van transversale en longitudinale golven te onthouden, omdat die je helpen de verschillen te onthouden.
Transversaal
Welke voorbeelden zijn er van transversale golven? De trillingen van een gitaarsnaar zijn transversale golven, net als die welke je kunt maken als je één uiteinde van een springtouw heen en weer beweegt.
Lichtgolven zijn ook transversaal, net als de bijbehorende golven zoals radiogolven en alle golven van elektromagnetisme.
Golven vervoeren energie zonder dat materie zelf meereist. Bij oceaangolven bewegen waterdeeltjes vooral op en neer, terwijl de energie horizontaal over het wateroppervlak wordt doorgegeven. Dat is de reden dat een dobber nauwelijks van plaats verandert, ook al komt de golf wel voorbij.
Longitudinaal
Longitudinale golven zijn de golven die je zou zien als je een slinky over een tafel uitrekt en één uiteinde ervan een zet geeft. Je zou de verdichtingen en verdunningen in de windingen van de slinky kunnen zien.
Geluidsgolven zijn trouwens ook longitudinaal, en ze kunnen zich voortplanten door vloeistoffen, gassen en vaste stoffen.
Lees meer in ons artikel over transversale en longitudinale golven.
De wetenschap van reflectie en refractie in de golven natuurkunde
We hebben het gehad over de aard en typen golven. Laten we nu hun gedrag beter bekijken.
Een van de interessantste aspecten van golven is wat er gebeurt wanneer ze tijdens hun reis verschillende media tegenkomen. Wat gebeurt er met een golf in de lucht wanneer die een vloeistof raakt? Of wat gebeurt er wanneer die een vaste stof raakt? Of zelfs, wat gebeurt er als een golf in een vaste stof een andere vaste stof met een andere dichtheid raakt?
Er zijn in deze situatie eigenlijk allerlei mogelijkheden. En het echte antwoord brengt heel veel verschillende variabelen met zich mee, van de golflengte en amplitude van de golf tot de aard van het grensvlak tussen de twee media, van de invalshoek van de golf tot de chemische samenstelling van de verschillende media.
The most incomprehensible thing about the universe is that it is comprehensible.
Albert Einstein
Wat gebeurt er wanneer een golf een grensvlak ontmoet?
Een grensvlak is een van de belangrijkste momenten in het drukke kleine leven van een golfbeweging. Want hier heeft die meerdere opties, waarvan we er hier maar één bespreken.
De golf kan worden gereflecteerd. Bij reflectie kaatst de golf terug tegen het grensvlak en keert hij terug in het medium waaruit hij kwam. Dit komt doordat de golf een andere frequentie heeft dan de trilling van de elektronen aan het oppervlak van het nieuwe medium.
Dit kan echter leiden tot spiegelende reflectie of diffuse reflectie. Bij spiegelende reflectie krijg je een spiegelachtig effect, omdat alle golven in dezelfde richting reflecteren. Als de reflectie diffuus is, krijg je eerder een situatie zoals naar een muur kijken. Je ziet geen gewone reflectie van een beeld, maar het licht is wel degelijk teruggekaatst.
Lees meer over reflectie in ons artikel over reflectie en refractie.
Wat zijn geluid en ultrasoon geluid binnen golf natuurkunde?
We horen de hele tijd overal om ons heen geluid. Schenk een glas water in en er is geluid, of zet een stap en er is weer geluid.
Geluid is ook iets dat wordt geproduceerd door golven. Of beter gezegd, het is een type golf dat we herkennen als geluid.
Wat we geluid noemen, is een hele reeks trillingen die het resultaat zijn van energie die zich door materiaal voortplant. Geluidsgolven zijn longitudinale golven die zich voortplanten vanuit een oorspronkelijke verstoring, en ze komen voor in allerlei frequenties, golflengtes en amplitudes die verantwoordelijk zijn voor hun toonhoogte, volume en klankkleur.
Hoe groter de amplitude, hoe luider het geluid, terwijl hoe hoger de frequentie, hoe hoger de toonhoogte.
Wat is het verschil tussen geluidsgolven en ultrasoon geluid?
Er zijn echter frequenties van geluid die we helemaal niet kunnen horen. Zulke golven noemen we ultrasoon geluid, en dat is eigenlijk het grootste deel van alle geluidsgolven.
Honden kunnen sommige frequenties die wij ultrasoon noemen wél horen, maar dit wijst er alleen op dat er geen echt verschil is tussen de twee.
Welke golfsoort vind jij het meest interessant?
Samenvatten met AI
Vond je dit artikel leuk? Laat een beoordeling achter!
Laden...
