Lyd som mekanisk longitudinal bølge

Fysik A · STX · A-niveau · Bølger og optik

⚛️ Lyd som mekanisk longitudinal bølge

Lyd er en mekanisk longitudinal bølge — kompression og rarefaktion (fortætning og fortynding) af luft (eller andet medium).

Lydhastighed: 343 m/s i luft ved 20 °C. Stiger med T: v = 331 + 0,6·T_C m/s. I vand: ~1480 m/s (4× hurtigere — derfor lyder bange under vand). I stål: ~5960 m/s. I vakuum: 0 (ingen medium!).

Frekvens og højde (pitch): 440 Hz = kammertonen A. Oktav = fordobling af frekvens.

Lydintensitet: I (W/m²). Decibel-skalaen er logaritmisk: L = 10·log(I/I₀), I₀ = 10⁻¹² W/m² (hørelsesgrænse). 0 dB = hørelsesgrænse. 30 dB = stille bibliotek. 60 dB = normal samtale. 80 dB = trafik. 120 dB = smerteggrænse (rock-koncert).

Doppler-effekten: tilsynelatende frekvens-skift ved relativ bevægelse. f_observeret = f_kilde·(v_lyd ± v_observatør)/(v_lyd ∓ v_kilde).

Beats (svingninger): når to toner med næsten ens frekvens lyder samtidig: f_beat = |f₁ − f₂|.

Resonans: et system med egenfrekvens f₀ vibrerer kraftigst når påvirket med samme frekvens. Resonansrør (lukket: ¼·λ, ¾·λ, ...; åbent: ½·λ, λ, ...).

Lydhastighed-forsøg: ekko fra mur, frekvensbestemmelse via resonans-rør med stemmegaffel.

Læringsmål

• Anvende bølgeligningen v = λ·f
• Skelne mekaniske og elektromagnetiske bølger
• Anvende gitter-formlen d·sin(θ) = nλ
• Anvende Snells lov for brydning
• Beregne Doppler-frekvensskift

Sådan kan du arbejde med emnet

• Forklar, hvad det betyder, at lyd er en mekanisk longitudinal bølge
• Beskriv, hvorfor lyd ikke kan udbrede sig i vakuum
• Diskutér, hvordan lydens hastighed afhænger af det medium, den udbreder sig i

Eksperiment-forslag

• Brug en app til at måle decibel-niveauet i forskellige situationer (klasselokale, gang, kantine), og lav en logaritmisk skala-forklaring af forskellene.
• Demonstrer Doppler-effekten med en lydkilde der bevæger sig forbi (fx en telefon der spiller en tone), og diskuter hvorfor frekvensen lyder anderledes på vej forbi.
• Find beat-frekvensen mellem to næsten ens stemmegafler eller toner, og vis at f_beat = |f₁-f₂|.

Brobygning

Lyd kræver et medium og er en LONGITUDINAL bølge — men der findes også bølger, der slet ikke kræver noget medium og er TRANSVERSALE: lys. Næste emne er 'Lys som elektromagnetisk transversal bølge'.