Science is not only a disciple of reason but also one of romance.
Stephen Hawking
Golven zijn overal. We horen ermee, we zien ermee en ze komen voor in allerlei verschillende materialen en bewegingen. Wie zich afvraagt wat zijn golven, merkt al snel dat ze een fundamenteel onderdeel zijn van hoe de wereld werkt.
Wanneer je een steen in een plas water laat vallen, zijn de dingen die we meestal ‘rimpels’ noemen beter te beschrijven als golven. Wanneer we naar het strand gaan, zijn die grote, brekende massa’s water, golven, simpelweg een grotere versie van dit normaal gesproken microscopische natuurkundige verschijnsel. Wanneer de wind door bomen raast of over velden strijkt, zie je daar ook golfbewegingen. Al deze voorbeelden helpen te begrijpen wat is een golf in de praktijk.
Hier gaan we kijken naar de aard van golven zoals die in de golven natuurkunde wordt gedefinieerd. We bekijken een aantal kenmerken en begrippen, zoals amplitude, voortplanting van golven, frequentie en golflengte, om te ontdekken wat een golf werkelijk betekent voor een natuurkundige. Daarnaast kijken we gedetailleerder naar enkele belangrijke plekken waar we golven in onze wereld tegenkomen, van zwaartekrachtsgolven en elektromagnetische golven tot geluidsgolven en watergolven. Daarbij wordt ook duidelijk hoe ontstaan golven in verschillende situaties.
Dit verschijnsel is een zeer belangrijk onderdeel van onze wereld om te begrijpen. Zodra je weet hoe je een golf kunt herkennen en waar je golven kunt vinden, zie je ze overal terug. Dat maakt het makkelijker te begrijpen wat zijn golven en waarom ze zo essentieel zijn.
Laten we daarom beginnen met te kijken naar wat een golf precies is. Je kunt elders ook een algemene introductie over golven vinden.
Wat definieert een golf?
Je hebt waarschijnlijk eerder een diagram van een golf gezien. Zo’n diagram helpt om te begrijpen wat is een golf binnen de natuurkunde.
Wat je ziet is een fluctuerende lijn die zich boven en onder een centraal punt beweegt, in regelmatige intervallen. De afstand tussen de hoogste punten van die fluctuerende lijn, de toppen, is constant, terwijl ook de hoogte en diepte van de toppen en dalen gelijk blijft. Zonder deze regelmaat zou er geen sprake zijn van een golfbeweging.
Een golf is een verstoring of variatie in ruimte en tijd die gepaard gaat met een overdracht van energie. Dit is de definitie die je moet onthouden. Als je je voorstelt dat in een ideale wereld een normale golflijn volledig vlak zou zijn, zonder enige golf, dan is wat je in het diagram ziet de energieoverdracht die de verstoring veroorzaakt. Dit verklaart hoe ontstaan golven vanuit een natuurkundig perspectief.
In werkelijkheid zien we zo’n ideale situatie nooit. Energie wordt altijd overgedragen en daardoor zijn er altijd golven aanwezig, in veel complexere variaties en interferenties dan een diagram ooit volledig kan weergeven. Dit maakt opnieuw duidelijk wat zijn golven in de echte wereld.
Zonder golven zou er geen licht, geen geluid en geen warmte bestaan. Zelfs beweging op atomaire schaal is afhankelijk van golfprocessen.
Mechanische golven en elektromagnetische golven
Voordat we verder ingaan op de vormen en bewegingen van verschillende soorten golven, is het belangrijk om eerst twee basistypen te onderscheiden. Misschien heb je al gehoord van elektromagnetische golven, dat zijn namelijk lichtgolven. Deze werken op een iets andere manier dan de golven die we in het eerdere diagram zien.
Mechanische golven
Mechanische golven zijn de golven die we overal om ons heen herkennen. Dit zijn oceaangolven en waterrimpels, de geluidsgolven waarmee we horen, en de seismische golven die gebouwen verwoesten en de aarde doen scheuren tijdens een aardbeving.
Deze mechanische golven hebben een medium nodig om zich voort te planten, met andere woorden materie. Bij deze golfbeweging wordt energie overgedragen via deeltjes.
Denk aan een aardbeving. Een initiële kracht veroorzaakt verstoringen in de materie van de aarde. Die kracht kan zich over grote afstanden voortplanten, soms honderden kilometers van het epicentrum, omdat de golven door de materie van de aarde reizen en kinetische energie transporteren. Zonder de substantie van de aarde, of als seismische golven een vacuüm zouden tegenkomen, zou de aardbeving zich niet kunnen voortplanten. Dit laat duidelijk zien wat is een golf in mechanische zin.
De deeltjes in watergolven reizen nauwelijks mee met de golf zelf. Ze bewegen vooral op en neer of in kleine cirkels, terwijl alleen de energie zich voortplant.
Elektromagnetische golven
Hoewel mechanische golven een medium nodig hebben om energie over te dragen, geldt dat niet voor elektromagnetische golven. Deze golven, zoals lichtgolven, kunnen zich zelfs door een vacuüm voortplanten. Dit maakt ze bijzonder binnen de golven natuurkunde.
Je hebt waarschijnlijk gehoord van het bekende natuurkundige probleem dat stelt dat licht zowel een golf als een deeltje is. Afhankelijk van hoe we het observeren, gedraagt lichtreflectie zich als een deeltje of als een golf. Dit is een van de complexe aspecten ervan.
Elektromagnetische golven zoals licht ontstaan door de interactie tussen een magnetisch veld en een elektrisch veld. Veranderingen in het ene veld veroorzaken veranderingen in het andere en produceren tegelijkertijd elektromagnetische golven. Naast licht behoren ook radiogolven tot deze categorie.
Als je extra hulp nodig hebt bij deze complexe onderwerpen, kun je overwegen samen te werken met een natuurkunde- of wiskundedocent.
Golven en energieoverdracht
Nu dit onderscheid duidelijk is, kunnen we het belangrijkste en meest bruikbare kenmerk van golven vastleggen. Golven dragen energie over.
Bij golven wordt energie overgedragen. Hoewel de deeltjes of materie waar de golven doorheen bewegen tijdelijk verplaatst worden, is de netto verplaatsing van materie nul. De deeltjes keren terug naar hun oorspronkelijke positie zodra de golf is gepasseerd.
Onthoud daarom goed: golven dragen energie over, geen materie. Dit principe geldt voor alle soorten golven.
Soort golf
- Transversaal
- Longitudinaal
Kenmerk
- Beweging loodrecht op energierichting
- Beweging parallel aan energierichting
Voorbeeld
- Lichtgolven
- Geluidsgolven
Soorten golven: longitudinale, transversale en oppervlaktegolven
Naast de twee fundamentele typen golven bestaan er verschillende categorieën die beschrijven hoe golven bewegen. Deze indeling helpt bij het begrijpen van de soorten golven en hoe ontstaan golven afhankelijk van de beweging van de deeltjes.
Longitudinale golven
We noemen golven longitudinaal wanneer de deeltjes van het medium bewegen evenwijdig aan de richting waarin de energie zich voortplant. In tegenstelling tot de klassieke golfdiagrammen zien we hier geen op en neer gaande beweging.
In natuurkundige termen betekent dit dat longitudinale golven geen polarisatie vertonen, dus geen toppen en dalen hebben. De oscillatie vindt plaats in de richting van de energieoverdracht.
Geluidsgolven zijn een bekend voorbeeld van dit type golf. Ze kunnen zich voortplanten door vaste stoffen, vloeistoffen en gassen. Dit maakt duidelijk wat is een golf zonder zichtbare golfvorm.
Transversale golven
Een transversale golf is het type golf dat we zien in het bekende golfdiagram. Hierbij bewegen de deeltjes loodrecht op de richting waarin de energie zich voortplant.
Transversale golven vertonen polarisatie, met duidelijke toppen en dalen. Deze polarisatie wordt gemeten via de amplitude, die de afstand beschrijft tussen de toppen en de rustpositie van de golf.
Dit zijn de makkelijkste golven om te bestuderen, omdat je zowel de polarisatie als de golflengte goed kunt zien. Denk aan een touw of een slinky die je snel op en neer beweegt. Langs het touw zie je een top voortbewegen, wat een duidelijk voorbeeld is van een transversale golf.
Oppervlaktegolven
Bij oppervlaktegolven bewegen de deeltjes in een cirkelvormige beweging die zich uitbreidt vanaf de oorspronkelijke verstoring. Deze golven zijn een combinatie van longitudinale en transversale golven en bewegen zich langs het grensvlak tussen twee media.
Everything in life is vibration.
Albert Einstein
Je herkent dit type golf direct. Laat een steen in een plas water vallen en elke rimpel die je ziet is een oppervlaktegolf. De cirkelvormige beweging ontstaat door de combinatie van beide golfbewegingen. Dit illustreert opnieuw hoe ontstaan golven in alledaagse situaties.
Wat zijn de verschillende onderdelen van een golf?
Laten we kort de belangrijkste onderdelen van een golf herhalen. Als je dit artikel gebruikt voor school of studie, is het belangrijk dat je deze begrippen goed kent om te begrijpen wat zijn golven en hoe soorten golven worden beschreven:
Deze onderdelen vormen de basis van de golven natuurkunde en maken het mogelijk om nauwkeurig te beschrijven wat is een golf en welke soorten golven er bestaan.
Welke soort golf vind jij het meest fascinerend?
Samenvatten met AI
Vond je dit artikel leuk? Laat een beoordeling achter!
Laden...
