NaSk overal en extra opgaven
Opg. 1.
Extra opgaven Deel 1: Opgave 1: In de les heeft je docent een experiment uitgevoerd, waarbij een metalen liniaal in trilling gebracht werd. Bij het eerste experiment wordt eerst het gedeelte van de liniaal dat uitsteekt ver opgetild. Daarna wordt het experiment herhaald, maar wordt de liniaal minder ver opgetild. (zie afbeelding A) a. Wat neem je bij dit eerste experiment waar? Bij een grotere uitwijking zal er een harder geluid waarneembaar zijn. Het geluidsniveau is dus afhankelijk van de uitwijking die aan de liniaal wordt gegeven.
Afbeelding A
Bij het tweede experiment is het uitstekende gedeelte van de liniaal eerst lang. Daarna wordt dit uitstekende deel korter gemaakt. (zie afbeelding B.) b. Wat neem je bij dit tweede experiment waar? Als het uitstekende deel korter is heeft het geluid een hogere toon. De toonhoogte is afhankelijk van de lengte van het trillende deel van de liniaal.
Afbeelding B
Opgave 2: Iemand bouwt een kopie van een piano. Alleen maakt hij hem de helft zo groot. Wat kun je zeggen over de toonhoogtes van deze piano? Leg je antwoord uit. Deze piano zal hogere tonen hebben in vergelijking met het origineel. Dit wordt veroorzaakt doordat de snaren korter zijn, maar ook de klankkast is kleiner, waardoor de lucht in de klankkast over een kleinere afstand gaat trillen.
Opgave 3: Een gitarist merkt bij het inspelen dat één van de snaren vals is en te laag klinkt. a. Wat doet hij om er voor te zorgen dat de snaar weer goed klinkt? De toon is te laag, dus de spanning van de snaar moet worden verhoogd. Verder moet de snaar worden gestemd, om de juiste (zuivere) toon te geven.
b. Tijdens het spelen, drukt een gitarist met een vinger de snaar tegen een zogenaamde fret aan. Daardoor trilt een gedeelte van de snaar niet en het andere gedeelte wel. Wordt de toon hoger of lager op het moment dat de gitarist de trillende snaar ergens halverwege tegen de fret duwt? Door de snaar tegen de fret te duwen, wordt de snaar korter. Een kortere snaar zal een hogere toon tot gevolg hebben.
Opgave 4: Je ziet hiernaast een afbeelding van een glazen stolp en een elektrische bel. Onder de glazen stolp zit geen lucht. De bel staat aan.
a. Geef in de tekening aan waar er sprake is van een trilling. b. Leg uit waardoor je de bel wel of niet hoort. De trilling van de bel (= het geluid) kan niet worden getransporteerd omdat er onder de stolp geen lucht zit. Er ontbreekt het medium.
Opgave 5: Bereken de trillingstijd die hoort bij de volgende frequenties. (afronden op 2 cijfers) a. 55 Hz Gegeven: frequentie is 55 Hz; formule: T =
;T=
; T = 0,018 s; 18 ms
b. 0,75 kHz Gegeven: frequentie is 750 Hz; formule: T =
;T=
; T = 0,0013 s
of 1,33·10-3 s
Opgave 6: Als een vlieg vliegt ontstaat een zoemend geluid door het trillen van de vleugels. a. De vleugels van een vlieg gaan 8400 keer per minuut op en neer. Bereken de frequentie van het zoemgeluid van de vlieg Werk volgens onderstaand oplosschema:
Gegeven: 8400 trillingen per minuut; Omrekenen eenheden/formule/ formule invullen:
Berekening/antwoord: dus = 140 trillingen per seconde; f = 140 Hz b. Een mug maakt een hoger geluid bij het vliegen dan een vlieg. Een mug beweegt zijn vleugels dus sneller (sneller/langzamer) op en neer dan een vlieg.
Opgave 7: Een snaar trilt met een frequentie van 0,2 kHz. a. Bereken de trillingstijd in s. Gegeven: De frequentie = 0,2 kHz; f = 200 Hz. Formule: T = Uitwerking:
; T=
; T = 0,005 s.
Antwoord: De trillingstijd is 0,005 s b. Bereken het aantal trillingen dat deze snaar in 1 minuut maakt. De frequentie is 200 Hz. Dit betekent 200 trillingen per seconde. Per minuut dus 60 x zoveel trillingen. 200 x 60 = 12.000 trillingen per minuut.
Opgave 8: In nevenstaande afbeelding zie je een trilling afgebeeld. In de afbeelding komt 1 hokje in horizontale richting overeen met 0,50 ms. a. Bepaal met behulp van de figuur de trillingstijd van de trilling. Geef een duidelijke toelichting. 1 hokje komt overeen met 0,5 ms. Eén golf zijn 5 hokjes. 1 golf (= trillingstijd) is dus 5 x 0,5 = 2,5 ms. De trillingstijd = 2,5 ms.
b. Bereken de frequentie van deze trilling. In opgave a is bepaald T = 2,5 ms; Dus T = 0,0025 s Formule: f =
; f =
; f = 400 Hz
De frequentie is 400 Hz
Opgave 9: Uit twee luidsprekers P en Q komen verschillende tonen. Het oscilloscoopbeeld van beide tonen is in de figuur afgebeeld.
a. Welke toon is het hoogste? Leg kort uit. Toon Q heeft de hoogste toon. De golflengte van toon Q is het kleinste, dus er ‘passen’ van toon Q de meeste golven in 1 seconde. Toon Q heeft dus de hoogste frequentie = hoogste toon. b. Welke toon is het hardste? Leg kort uit. Toon Q is het hardste (heeft het hoogste geluidsniveau). Op het oscilloscoop beeld heeft toon Q de grootste amplitudo c. De oscilloscoop is zo afgesteld dat je het aantal trillingen in 0,01 s te zien krijgt. Bereken de frequentie van trilling P. De gehele breedte van het oscilloscoopbeeld (= het gehele diagram) is 0,01 s Toon P maakt 1,5 golven in deze 0,01 s. T is dus 0,01 : 1,5 = 0,00667 s f= ; f= ⁄ ; → f = 150 Hz De frequentie van toon P is 150 Hz. d. Bereken de frequentie van trilling Q. De gehele breedte van het oscilloscoopbeeld (= het gehele diagram) is 0,01 s Toon Q maakt 2,25 golven in deze 0,01 s. T is dus 0,01 : 2,25 = 0,00444 s f= ; f= ⁄ ; → f = 225 Hz De frequentie van toon Q is 225 Hz.
Opgave 10: Hieronder zie je drie schermen van een oscilloscoop. Ieder hokje is 0,01 s.
a. Welke van de drie tonen heeft de hoogste toon? Leg je antwoord kort uit. A en C hebben dezelfde toon. Deze toon is hoger dan B. Een toon met een kortere trillingstijd klinkt hoger. b. Wat is de trillingstijd bij toon b? (gebruik de afbeelding en het gegeven over de tijd per hokje) Eén golf van toon B is 2,4 hokjes. Elk hokje komt overeen met 0,01 s. Dus de trillingstijd (T) van toon B is 2,4 x 0,01 is 0,024 s. c. Bereken de frequentie van toon b. (Als je bij c. geen antwoord hebt reken dan met een trillingstijd van 0,002 s). Gegeven: Uit opgave B: T = 0,024 s. Gevraagd: Bereken de frequentie van toon B. Formule/uitwerking: f = ⁄ ; f = ⁄ ; → f = 41,67 Hz Antwoord: De frequentie van B is 41,67 Hz.
Opgave 11: Arnout (A), Berenice(B), en Corine (C) maken elk een andere toon. a. Elk hokje op de x-as komt overeen met een tijd van 0,05 s. Wat is de trillingstijd van de toon van Arnout (A)? Laat zien hoe je aan je antwoord komt! Gegeven: elk hokje is 0,05 s; Uit de afbeelding af te lezen; 1 golf = 6 hokjes. Uitwerking: De trillingstijd (T) = 6 x 0,05; Antwoord: T = 0,30 s.
b. Bepaal nu ook de trillingstijd van de toon van Corine (C). Gegeven: elk hokje is 0,05 s; Uit de afbeelding af te lezen; 1 golf = 5 hokjes. Uitwerking: De trillingstijd (T) = 5 x 0,05; Antwoord: T = 0,25 s. c. Bereken de frequentie van de toon van Corine en Berenice. Noteer ook de berekening! Corine: Gegeven: Bij b. is berekend dat de trillingstijd van de toon van Corine 0,25 s is. Formule: f = ⁄ ; f = ⁄ ; f = 4 Hz Antwoord: de frequentie van de toon van Corine is 4 Hz Berenice: In de afbeelding is af te lezen dat de trillingstijd van de toon van Berenice 2 x zo groot is als de trillingstijd van de toon van Corine. De trillingstijd van de toon van Berenice is dus 0,5 s. Formule: f = ⁄ ; f = ⁄ ; f = 2 Hz Antwoord: de frequentie van de toon van Berenice is 2 Hz.
Of: Als de trillingstijd verdubbelt, zal de frequentie halveren. Dus de frequentie is 4 : 2 = 2 Hz
Opgave 12: In de afbeelding zie je de trilling van een stemvork gemeten met de computer. De frequentie van de stemvork is 500 Hz. a. Bereken welke tijdsduur (uitgedrukt in ms) overeenkomt met 1 hokje op het computerscherm. Gegeven: de frequentie is 500 Hz Formule: T = ⁄ ; T = ⁄ ; T = 0,002 s De trillingstijd is 0,002 = ; T = 2 ms Op het scherm is te zien dat één golf precies even lang is als één hokje van het scherm. Antwoord: 1 hokje op het beeldscherm is 2 ms. b. Teken in het diagram het patroon van een stemvork met een frequentie van 400 Hz. Formule: T = ⁄ ; T = ⁄ ; T = 0,0025 s ; T = 2,5 ms 1 hokje komt overeen met 2 ms; 2,5 ms komt dus overeen met 1,25 hokjes. (zie blauwe curve)
Extra opgaven Deel 2: Opgave 13: Noem twee redenen waarom je je handen voor je mond doet wanneer iemand die ver weg is te roepen. Voordeel 1: Door de handen wordt de klankkast groter en zal het geluid meer worden versterkt. Het geluidsniveau wordt dus groter. Voordeel 2: Door de handen wordt het geluid meer in éénr ichting gestuurd.
Opgave 14: In de figuur zie je het geluidspatroon van een klarinet en een stemvork. Beide patronen zijn opgenomen met een oscilloscoop.
Leg uit welk van de beide patronen van de stemvork, en welk van de klarinet is. Het linker patroon hoort bij de stemvork. Deze geeft namelijk een zuivere toon af, waardoor het patroon een mooie golf wordt. Bij het gebruik van instrumenten of bij je stem heeft het patroon een onregelmatigere vorm, die wel steeds wordt herhaald (zie rechter patroon.
Opgave 15: Geluidshinder kan op 3 manieren worden verminderd. I. Minder geluid produceren bij de bron II. Minder geluid door de tussenstof III. Minder geluid bij de ontvanger. Leg bij de onderstaande voorbeelden uit met welke van de drie genoemde mogelijkheden de geluidsoverlast is verminderd. a. Langs de autosnelweg worden geluidsschermen geplaatst. Door het plaatsen van het scherm zal het geluid door een andere tussenstof (medium) moeten . Dus II
b. Bij het werken met het drilboor draagt Bob de Bouwer oorbeschermers. Door het gebruik van de oorbeschermers zal het geluid bij de ontvanger kleiner worden, dus III
Opgave 16: Bekijk de grafiek. In het meest linkse deel loop je geen gevaar voor gehoorbeschadiging. Het donkergrijze gedeelte is de gevarenzone. Uit de grafiek kun je aflezen dat bij 90 dB na iets meer dan 3 uur een blijvende gehoorbeschadiging kan optreden. a. Na hoeveel tijd is 87,5 dB gevaarlijk? Een geluidsniveau van 87,5 dB is na 6 uren schadelijk. b. Waaraan kun je in de grafiek zien dat zwaar vuurwerk (125 dB) directe gehoorbeschadiging kan veroorzaken.? Vanaf een geluidsniveau van ca. 107 dB kan er een directe gehoorbeschadiging optreden. Dit geldt dus zeker bij een geluidsniveau van 125 dB. c. Je meet het geluidsniveau van de oordopjes van je MP-3 speler. De meter geeft een geluidsniveau van 70 dB aan. De afstand tussen de oordopjes en de decibelmeter is ongeveer 15 cm. Weet je nu of je gerust kunt zijn dat je bij het gebruik van de oordopjes geen gehoorbeschadiging oploopt? Leg je antwoord uit! Nee, dat weet je niet zeker, omdat je de oordopjes in je oor draagt. De afstand is dan dus veel kleiner dan de 15 cm bij de meting. Het geluidsniveau tijdens het gebruik van de oordopjes is dus hoger, maar je weet niet exact hoe hoog. Opgave 17: Astronauten kunnen in de space shuttle gewoon met elkaar praten. Als astronauten op de maan lopen, kunnen ze alleen met elkaar praten via radiozenders en ontvangers. Leg uit waardoor dit verschil veroorzaakt wordt. In de spaceshuttle is lucht aanwezig. Deze lucht dient als medium. Op de maan is er geen atmosfeer aanwezig. Er ontbreekt dus het medium, waardoor de geluidsgolven niet worden getransporteerd en je niet met elkaar kunt praten.
Opgave 18: Hieronder zie je 2 tabellen. De linker tabel geeft aan welke frequenties van geluid iets of iemand kan maken. In de rechtertabel staat weergegeven welke frequenties mensen of dieren kunnen horen.
Mensen, dieren en instrumenten als bron
Hoorbare frequentiegebieden van mens en dier.
Gebruik de bovenstaande tabellen en je gezond verstand om de onderstaande vragen te beantwoorden. a. In welk frequentiebereik maakt een orgel geluid? Een orgel maakt een geluid tussen de ca. 12 Hz en ca. 9000 Hz b. Wat is de hoogste frequentie die een krokodil kan horen? De hoogste frequentie die een krokodil kan horen ligt bij ca. 5500 Hz (5,5 kHz) c. Welk dier kan een hondenfluitje niet horen? Onder andere een kikker, een roodborstje en een krokodil kunnen geen hondenfluitje horen.
Opgave 19: Reken bij deze opgave met een geluidsnelheid (door lucht) van 340 m/s. a. je ziet een vuurpijl, 15 seconden later hoor je de knal. Hoever was het vuurwerk van jou verwijderd?
(Werk eventueel met een verhoudingstabel!) De afgelegde afstand in 1 seconde is 340 meter. Dus in 15 seconden 340 x 15 = 5100 meter.
b. Je staat naar onweer te kijken. Je hoort 9 seconden na de flits de knal. Hoever is het onweer van jou verwijderd? De afgelegde afstand in 1 seconde is 340 meter. In 9 seconden wordt dus 9 x 340 = 3060 m.
Opgave 20: Je roept hard in een put. Er komt een echo terug. Na precies 5 s hoort je je eigen stem weer terug. De geluidsnelheid is 340 m/s. Bereken diep deze put is. In 1 seconde legt het geluid van je stem een afstand van 340 meter af. In 5 seconden legt het geluid dus een afstand van 5 x 340 = 1700 m. De 1700 meter die door het geluid zijn afgelegd is echte de weg nar beneden tot de bodem en weer omhoog tot aan jouw oor. De put is dus 1700 : 2 = 850 m diep! (diep hè!)
Opgave 21: Je staat voor een hoog flatgebouw en slaat op een trommel. Je kiest het tempo zo, dat je slag steeds tegelijk met de echo klinkt. Hiervoor moet je twintig slagen in tien seconden geven. a. Bereken in hoeveel tijd het geluid heen en weer gaat. Bij een ritme van 20 slagen in 10 seconde sla je exact gelijk met de echo van de vorige slag. Het geluid is dus in 10 : 20 = 0,5 seconde heen en weer. b. Bij de geldende temperatuur is de geluidsnelheid 340 m/s. Bereken de afstand tot de flat. Het geluid is in 0,5 seconde heen en weer. In 0,5 seconde legt het geluid 0,5 x 340 = 170 meter af. Deze 170 meter is dus de weg heen en weer. De afstand tot de muur is daarom 170 : 2 = 85 m.
