The universe is not made of things, it is made of waves.
Carlo Rovelli
In ons artikel over de eigenschappen van golven hebben we het gehad over het enorme belang van golven voor ons leven en onze technologieën. Dat artikel vormde al een goede basis om te begrijpen wat transversale en longitudinale golven zijn.
Ons lichaam is zo ontwikkeld dat we geluidsgolven gebruiken om trillingen om ons heen waar te nemen en om te horen. Onze ogen gebruiken lichtgolven om de weerkaatsing van een object om te zetten in een beeld dat we begrijpen. Tegelijkertijd hebben we radiogolven ontwikkeld, een vorm van licht, om informatie op afstand te verzenden, terwijl we tegenwoordig ook energie uit watergolven kunnen benutten voor maatschappelijke toepassingen. Al deze voorbeelden van golfbewegingen maken deel uit van longitudinale en transversale golven.
Naast deze nuttige golven bestaan er seismische golven die vrijkomen bij aardbevingen en vulkaanuitbarstingen, elektromagnetische golven die ontstaan door de interactie tussen een magnetisch veld en een elektrisch veld, en zelfs golven die aan de basis liggen van alledaagse en speelse verschijnselen zoals trampolines en de Mexicaanse golf. Ook hier zien we verschillende soorten golven terug.
Transversale golf
- Deeltjes bewegen loodrecht op de richting van energieoverdracht
Longitudinale golf
- Deeltjes bewegen evenwijdig aan de richting van energieoverdracht
Oppervlaktegolf
- Cirkelvormige beweging als combinatie van beide
Golven zijn overal om ons heen, vaak op plekken waar we ze niet direct verwachten. Daarom is het zo belangrijk om de tijd te nemen om te begrijpen wat deze verschijnselen precies zijn, hoe ze werken, wat hun belangrijkste kenmerken zijn en welke eigenschappen horen bij de verschillende soorten golven.
Dat laatste is precies wat we hier gaan doen. We richten ons op de twee belangrijkste typen, namelijk longitudinale golven en transversale golven, en laten zien waar je elk type kunt tegenkomen. Daarnaast wijzen we je op oppervlaktegolven, die een combinatie vormen van beide. Zo wordt ook duidelijk wat het verschil transversale en longitudinale golven precies inhoudt.
We hopen dat je dit interessant vindt.
Wat is een golf?
Weet je nog wat de definitie van een golf is? Wetenschappers definiëren een golf meestal als een verstoring of variatie die op een regelmatige manier energie overdraagt. Elk onderdeel van deze definitie is belangrijk, dus laten we die even stap voor stap bekijken om goed te begrijpen wat longitudinale en transversale golven zijn.
Bij mechanische golven, dus golven die een medium nodig hebben om zich doorheen te verplaatsen, wordt de materie die de energieoverdracht mogelijk maakt verstoord. Terwijl de energie van de golf door het medium beweegt, verplaatsen de deeltjes zich tijdelijk en keren daarna terug naar hun oorspronkelijke positie. Daardoor is de netto verplaatsing van materie nul.
Bij een mechanische golf wordt dus alleen energie overgedragen, geen massa. De energie die door het medium beweegt veroorzaakt oscillaties, en die oscillaties zijn per definitie regelmatig. Dit geldt voor zowel longitudinale golven als transversale golven.
Als die verstoringen niet regelmatig zouden zijn, maar volledig willekeurig, dan zouden we niet spreken van een golf. In dat geval zou er sprake zijn van een externe energiebron die het medium beïnvloedt, en niet van een energieoverdracht van punt naar punt.
Samengevat zijn golven dus:
Een opmerking over elektromagnetische golven
Mechanische golven hebben een materieel medium nodig om zich voort te planten. Zonder vaste stof, vloeistof of gas kunnen zij zich niet verplaatsen. De energie wordt altijd door materie heen overgedragen.
Er bestaat echter nog een ander type golf dat we niet mogen vergeten, namelijk de elektromagnetische golf. Dit type golf, zoals zichtbare lichtreflectie, radiogolven, ultraviolet en gammastraling, kan zich voortplanten door een ruimte zonder materie, zoals een vacuüm of de ruimte tussen sterren.
Dit maakt het idee van verstoring of verplaatsing lastiger te begrijpen. Hoe kan er immers sprake zijn van een verstoring als er niets is om te verstoren? Deze vraag heeft wetenschappers lange tijd beziggehouden.
Geluidsgolven zich sneller voortplanten in vaste stoffen dan in lucht, omdat de deeltjes daar dichter op elkaar zitten en verdichtingen zich efficiënter kunnen verplaatsen.
In het midden van de negentiende eeuw stelde James Clerk Maxwell, bekend van de wetten van Maxwell, dat elektromagnetische golven verstoringen zijn die zich voortplanten in het elektromagnetische veld zelf. Net als seismische golven zijn het verstoringen, maar dan in een totaal ander soort medium dan materie. Ook hier is het onderscheid tussen longitudinale en transversale golven van belang.
Longitudinale en transversale golven: het verschil uitgelegd
Nu we dat hebben verduidelijkt, kunnen we overgaan naar de kern van dit artikel, namelijk de aard van longitudinale en transversale golven en het verschil transversale en longitudinale golven.
Heb je al een idee wat dat verschil is? Als je ons eerdere artikel over golven hebt gelezen, zit je waarschijnlijk al in de goede richting. Hier gaan we er echter dieper op in.
Het verschil transversale en longitudinale golven draait volledig om de manier waarop de golf oscilleert. Wanneer een golf beweging veroorzaakt die loodrecht staat op de richting van de energieoverdracht, spreken we van transversale golven. Wanneer de beweging juist evenwijdig is aan de richting van de energieoverdracht, spreken we van longitudinale golven.
Laten we beide soorten golven afzonderlijk bekijken.
Wat zijn transversale golven?
Als er zoiets bestaat als een klassieke golf, dan is dat de transversale golf. Dit zijn de golven die je meestal in schema’s en diagrammen ziet, omdat transversale golven het makkelijkst te visualiseren zijn. Ze vertonen namelijk polarisatie, die zichtbaar is in de ruimte.
Denk aan een springtouw. Wanneer je het uiteinde beweegt, zie je een golf van je hand naar het andere uiteinde reizen. Dat is een typisch voorbeeld van transversale golven.
Elektromagnetische golven altijd transversaal zijn, zelfs in een volledig vacuüm, omdat hun trillingen plaatsvinden in elektrische en magnetische velden en niet in materie.
Wetenschappelijk gezien wordt een transversale golf gedefinieerd als een golf waarbij de verplaatsing van het medium loodrecht staat op de richting van de energieoverdracht. Bij het springtouw betekent dit dat de golf op en neer beweegt, terwijl de energie zich langs het touw voortplant.
Toppen en dalen
Het hoogste punt van een transversale golf, waar de verplaatsing maximaal is, noemen we een top. Het laagste punt noemen we een dal.
Bij transversale golven kunnen we daardoor eenvoudig zowel de golflengte als de amplitude meten. De golflengte is de afstand tussen twee opeenvolgende toppen, terwijl de amplitude de afstand is tussen de rustpositie en een top of dal.
Zowel de amplitude als de golflengte geven informatie over de hoeveelheid energie die door de golf wordt overgedragen.
Nature uses only the longest threads to weave her patterns, so each small piece of her fabric reveals the organization of the entire tapestry.
Richard Feynman
Voorbeelden van transversale golven
Het springtouw is één voorbeeld, maar er zijn er veel meer. Een trillende gitaarsnaar werkt op dezelfde manier, alleen met een veel hogere frequentie.
Ook elektromagnetische golven, zoals licht en radiogolven, zijn transversale golven. Bij deze golven wisselen elektrische en magnetische componenten elkaar af, waarbij de ene een top bereikt wanneer de andere zich in een dal bevindt.
Wat zijn longitudinale golven?
Bij transversale golven leidt de verstoring tot polarisatie van het medium. Bij longitudinale golven gebeurt dit op een andere manier, zonder loodrechte toppen en dalen.
Bij longitudinale golven vindt de verplaatsing plaats in dezelfde richting als de energieoverdracht. In plaats van een springtouw kun je hier beter denken aan een slinky, een lange metalen veer.
Leg je een slinky op tafel en geef je één uiteinde een duw, dan zie je delen van de veer samenpersen en weer uit elkaar gaan. De energie verplaatst zich door de structuur van de slinky zelf, niet zijwaarts.
Verdichtingen en verdunningen
Deze bewegingen noemen wetenschappers verdichtingen en verdunningen. Ze vormen het longitudinale equivalent van toppen en dalen bij transversale golven.
Verdichtingen zijn gebieden waar de deeltjes dichter op elkaar zitten en de druk hoog is. Verdunningen zijn gebieden waar de druk lager is en de deeltjes verder uit elkaar staan.
Wanneer je de amplitude of golflengte van longitudinale golven meet, doe je dat op basis van de punten met maximale verdichting.
Voorbeelden van longitudinale golven
Naast de slinky zijn er veel andere voorbeelden van longitudinale golven. Geluidsgolven zijn hiervan het bekendste voorbeeld.
Geluidsgolven verplaatsen zich goed door lucht, maar nog sneller door vloeistoffen en vaste stoffen, omdat het medium daar dichter is en grotere verdichtingen mogelijk zijn. Dit maakt longitudinale golven bijzonder belangrijk in de natuurkunde.
Oppervlaktegolven als combinatie
Tot slot is er nog een derde type golf dat het vermelden waard is: oppervlaktegolven. Dit zijn golven die zich voortplanten langs het grensvlak tussen twee media, zoals water en lucht.
Oppervlaktegolven, zoals oceaangolven, zijn een combinatie van longitudinale en transversale golven. Ze bevatten kenmerken van beide soorten golven en vormen daarmee een mooie afsluiting van het onderscheid tussen longitudinale en transversale golven.
Wil je meer weten over geluid en geluidsgolven, dan kun je daar ook verder over lezen.
Welke golfvorm vind jij het duidelijkst om te begrijpen?
Samenvatten met AI
Vond je dit artikel leuk? Laat een beoordeling achter!
Laden...
