Practicum 6 Reactietijd, geluidsnelheid

6.1 In practicum 2 staat een experiment beschreven waarbij gemeten wordt hoe snel geluid zich in lucht “voortplant”.

a. Hebben jullie dat experiment in practicum 2 uitgevoerd?
Zo ja, weten jullie nog hoeveel meter in lucht in één seconde aflegt?

In tabellenboeken staat als snelheid van geluid in lucht van
20 °C 343 meter per seconde vermeld, maar als je dat makkelijker vindt mag je ook wel 333 meter per seconde onthouden: dat is de snelheid in lucht van 0 °C.

Bij het meten van de snelheid van het geluid in lucht wordt de stopwatch gestart als je ziét dat het geluid gemaakt wordt. De stopwatch wordt gestopt als je het geluid hóórt. Op de stop-watch kun je dan aflezen hoe lang het geluid erover doet om de afstand van de bron tot je oor af te leggen.

Als je de meting vijf keer uitvoert vind je niet telkens precies dezelfde tijdsduur.Dat er verschil is tussen de metingen komt o.a. door jouw reactietijd die niet steeds precies hetzelfde is: als je ziét dat het geluid gemaakt wordt, duurt het heel even voordat je de knop indrukt. De tijdsduur tussen het horen van het geluid en het indrukken van de knop wordt de reactietijd genoemd.

b. Hebben jullie in practicum 2 jullie eigen reactietijd bepaald?

De menselijke reactietijd is minimaal 0,10 s. Als je dat weet, kun je ook begrijpen waarom je bij de meting van de geluidsnelheid zoals hierboven beschreven, niet te dicht bij elkaar moet gaan staan.

c. Bereken m.b.v. de geluidsnelheid van 343 m/s hoeveel meter het geluid in 0,10 s aflegt.

Je zou de afstand niet zo groot hoeven te maken als de stopwatch meteen (zonder reactietijd) ingedrukt zou kunnen worden wanneer het geluid gemáákt wordt en als de stopwatch weer meteen (zonder reactietijd) ingedrukt zou kunnen worden wanneer het geluid gehóórd wordt.

6-1

Dat kan met een computer: die kan zonder reactietijd signaleren wanneer een geluid gemaakt wordt en ook wanneer het geluid "aankomt". Daartoe wordt aan de computer een geluidsensor (microfoon) bevestigd. Zodra een geluid de sensor bereikt, worden meteen elektrische signalen naar de computer doorgegeven.
Op het scherm kun je dan de tijd aflezen die het geluid er over deed om van de bron naar de sensor te komen.
Zelf moet je dan nog wel even de afstand van de bron tot de sensor meten.

Vraag aan je begeleider of de geluidsnelheidmeting met de computer bij jullie in de klas uitgevoerd kan worden.
Zo nee, ga dan verder met opdracht 6.2.
Zo ja, voer dan de meting uit.

d. Hoe groot was bij jullie de afstand van de geluidsbron tot de geluidsensor?

e. Hoe lang deed het geluid erover?

f. Bereken uit je antwoorden van d en e de geluidsnelheid in meter per seconde.

Ga nu verder met opdracht 6.3.

6.2 Hieronder zie je afgedrukt wat op het scherm verschijnt bij een geluidsnelheidsmeting met de computer.

6-2

De afstand tussen de geluidsbron en de sensor was in dit geval 2,65 m.

a. Lees uit het diagram af na hoeveel ms het geluid de sensor bereikte.

b. Bereken m.b.v. de gegeven afstand en je antwoord op a de geluidsnelheid in meter per seconde.

6.3 In de vorige opdracht heb je de snelheid van geluid in lucht gemeten. Op dezelfde manier kan de snelheid van geluid in andere media bepaald worden. In de tabel hieronder staan enkele waarden vermeld.

medium	geluidsnelheid in m/s (= meter per seconde)
aluminum	5080
glas	4300
glycerol	1930
hout	3000
koolzuurgas	259
koper	3800
kwik	1450
lucht	343
spiritus	1130
water	1484
ijs	3280
ijzer	5100
zwaveldioxidegas	213

a. In welk van deze media is de geluidsnelheid het grootst?

b. In welk van deze media is de geluidsnelheid het kleinst?

In verhalen over Indianen legt er wel eens een zijn oor op de rails om al lang van tevoren te weten of er een trein aankomt.

c. Leg aan de hand van bovenstaande tabel uit dat zo'n Indiaan een geluid dan inderdaad eerder hoort (vergeleken met iemand die "gewoon door de lucht" luistert).

Dit Indianenverhaal is dus geen indianenverhaal!

6-3

6.4 Jan en Sofie delen de geluidsmedia in drie groepen in:
groep 1: geluidsnelheid > 2500 m/s
groep 2: 1000 m/s < geluidsnelheid < 2500 m/s
groep 3: geluidsnelheid < 1000 m/s

a. Schrijf op welke media horen bij groep 1.

b. Schrijf op welke media horen bij groep 2.

c. Schrijf op welke media horen bij groep 3.

Sofie zegt: "Wij hebben die vierentwintig flesjes al eerder in drie groepen verdeeld: gasvorm, vloeibare vorm en de rest.”

d. Welke vorm had “de rest” ook alweer?

e. Komt de verdeling van a, b en c overeen met de verdeling van Sofie?

Bekijk een stukje kurk.

f. Welke vorm heeft kurk?

g. Welke geluidsnelheid verwachten jullie in kurk?

Jan zegt: “Kurk is niet massief, daar zit lucht binnenin."

h. Vinden jullie kurk wel of niet massief?

Vraag aan je begeleider hoe groot geluidsnelheid in kurk is.

i. Geef een verklaring voor een eventueel verschil tussen de geluidsnelheid in kurk en jullie voorspelling van g.

j. Noem twee voorbeelden van geluidsmedia die zeker wel massief zijn.

k. Vinden jullie koperpoeder massief?

l. Welke geluidsnelheid verwachten jullie in koperpoeder?

6.5 In de vorige opdracht heb je opgemerkt dat de snelheid van geluid in vloeistoffen (zoals water) groter is dan in gassen (zoals lucht) en in vaste materialen (zoals ijzer) nog weer veel groter.

6-4

a. Probeer eens te bedenken hoe dat kan, dat geluid zich in vaste materialen veel sneller voorplant dan in vloeistoffen en gassen.
Besteed aan deze vraag maximaal drie minuten.

Om te kunnen snappen hoe een touw geluid doorgeeft is een strak gespannen touw in practicum 3 voorgesteld met een model van verende bolletjes die allemaal tegen elkaar liggen:

b. Leg met dit model uit dat het even duurt voordat een trilling zich van het ene eind van het touw naar het andere verplaatst heeft.

Een portie gas wordt met dit bolletjesmodel wel eens zo voorgesteld:

c. Leg met dit model uit dat geluid zich in een portie gas langzamer voortplant dan in een strak gespannen touw.

d. Teken zelf een model van een portie vloeistof zodat je daarmee kunt snappen dat de voorplantingssnelheid van geluid in vloeistoffen groter is dan in gassen maar kleiner dan in vaste materialen.

6.6 In dit practicum ben je drie soorten informatie-overdracht tegengekomen: 1. overdracht van zichtbare signalen (je ziét dat ergens een geluid gemaakt wordt), 2. overdracht van

6-5

geluidsignalen (je hóórt dat ergens een geluid gemaakt wordt) en 3. overdracht van elektrische signalen (als je een geluid via een microfoon of geluidsensor opvangt en doorgeeft).

a. Wat weten jullie (nu) over de snelheid van lichtsignalen? (Als je de snelheid niet precies weet mag je ook wel schrijven: heel groot of heel klein.)

b. Wat weten jullie (nu) over de snelheid van geluidsignalen? (Als je de snelheid niet precies weet mag je ook wel schrijven: heel groot of heel klein.)

c. Wat weten jullie (nu) over de snelheid van elektrische signalen? (Als je de snelheid niet precies weet mag je ook wel schrijven: heel groot of heel klein.)

Geluidsinformatie kan alleen worden overgedragen als er een medium is.

d. Is er voor de overdracht van zichtbare signalen ook een medium nodig?
Zo ja, wat voor (soort) media zijn volgens jullie geschikt en welke niet?

e. Is er voor de overdracht van elektrische signalen ook een medium nodig?
Zo ja, wat voor (soort) media zijn volgens jullie geschikt en welke niet?

6.7

Heb je gemerkt dat bij elk practicum van deze module “geluid” als trefwoord is vermeld? Het was de bedoeling dat je de omschrijving bij “gas(sen)” in je samenvattingen telkens zou bijstellen en aanvullen.

b. Heb jij dat ook inderdaad gedaan?

Overleg met je begeleider of jullie nog meer samenvattende activiteiten bij deze module gaan uitvoeren en ook over de daarna te volgen leerweg.

c. Wat is het resultaat van het overleg?

6-6

Noteer als huiswerk:

- Samenvatting: geluidsnelheid, reactietijd, (geluids)media in drie groepen, media, massief, model van vaste materialen, model van gassen, model van vloeistoffen, soorten informatie-overdracht, zichtbare signalen, geluidsignalen, elektrische signalen, snelheid van zichtbare signalen, snelheid van geluidsignalen, snelheid van elektrische signalen.

- Practicum 6A.

Ga nu verder zoals afgesproken met je begeleider.

6-7