Lydbølger 3

Efter modulet bør du kunne:

Udføre et forsøg, hvor du bestemmer lydens hastighed i luft
Forklare hvordan luftens temperatur påvirker lydens udbredelsesfart i luft
Forklare at lyd bevæger sig hurtigere i væsker og faste stoffer end i luft.

Lektie: Læs nedenstående teori i det blå felt

Dagens plan:

Parøvelse (Orange) samt diskussion af "Hvad kan påvirke lydens hastighed?"
Gennemgang af lektien, øvelsen og præsentation af formlen for sammenhæng mellem lydens hastighed og luftens temperatur
Elevforsøg med Phyphox i 2-3 mandsgrupper
Opsamling og fællesforsøg med lydens hastighed i træ.

Lydens hastighed

Det følgende tekstafsnit er et uddrag fra Musikpedia (2024)

Man siger ofte, at lydens hastighed er 340 meter i sekundet (m/s), svarende til 1224 kilometer i timen (km/t). Lydens hastighed afhænger dog af både temperaturen, og det stof lyden skal forplante sig i, og derfor varierer lydens hastighed meget. I tabellen til højre ses nogle eksempler.

I luftarter afhænger lydens hastighed desuden af luftfugtigheden, men ikke af lufttrykket.

Lydens hastighed er hurtigere, jo varmere det er, fordi molekylerne kan bevæge sig hurtigere, når de er varme. I atmosfærisk luft øges lydens hastighed med knap to procent for hver ti grader celcius, svarende til 0,6 meter i sekundet for hver grad.

Når molekylerne bevæger sig hurtigere, øges antallet af svingninger per sekund (frekvensen). Frekvensen stiger proportionalt med lydens hastighed, hvilket vil sige, at frekvensen i atmosfærisk luft stiger med knap to procent for hver ti grader celcius. Temperaturen har altså indvirkning på frekvensen, men ændringerne er så små, at vi sjældent bemærker dem.

Musikere har ofte behov for at stemme deres musikinstrumenter for at kompensere for ændrede temperaturforhold. Behovet opstår, fordi frekvensen stiger i takt med temperaturen, men også fordi temperaturen har indvirkning på musikinstrumentets fysiske egenskaber. Musikinstrumenter af træ eller metal trækker sig sammen eller udvider sig eksempelvis, når temperaturen og luftfugtigheden ændrer sig, og det har indflydelse på frekvensen.

Man kan beregne lydens hastighed v i m/s i atmosfærisk luft ved kelvintemperaturen T med følgende formel:

Tallet 331,5 m/s er en konstant for lydens hastighed ved 0 °C i atmosfærisk luft. Tallet 273,15 er en konstant for kelvintemperaturens nulpunkt. T er rummets kelvintemperatur, dvs. rummets temperatur i °C + 273,15 K.

Lysets hastighed er til sammenligning 299.792.458 m/s i vakuum, svarende til næsten 300.000 kilometer i sekundet. Lysets hastighed er altså næsten 900.000 gange hurtigere end lydens hastighed. Forskellen opleves blandt andet under et tordenvejr, hvor man ser et lyn på himlen og først flere sekunder efter hører lyden.

Øvelse - Læs, lyt og forklar nedenstående

Helium har en tæthed, der er omkring seks gange mindre end atmosfærisk luft, og derfor bevæger lyden sig meget hurtigere gennem helium end luft. Jo hurtigere lyden bevæger sig, jo større bliver frekvensen, og det er årsagen til, at man får en meget lys stemme, hvis man indånder helium.

Når lyden bevæger sig fra luftrøret med helium ud i den omgivende, almindelige luft, bliver lydens hastighed bremset. Frekvensen forbliver dog den samme, og i stedet bliver bølgelængden kortere. Det er altså kun lydens hastighed i det øjeblik, tonen bliver dannet, der har betydning for frekvensen.

Svovlhexafluorid har den modsatte effekt, fordi den har en tæthed, der er omkring seks gange større end atmosfærisk luft. Derfor får man en meget dyb stemme, hvis man indånder svovlhexafluorid. Se og hør effekten i denne video.

Forsøg

I skal i mindre grupper bestemme lydens hastighed i luft. Til det skal I bruge appen Phyphox på jeres telefoner. I får brug for 2 telefoner. I videoen til højre kan I få gennemgået, hvordan forsøget skal udføres.

Udfør forsøget et par gange et sted på gymnasiet og beregn en gennemsnitligt bud på lydens hastighed. Mål også temperaturen, der hvor I udførte jeres forsøg.
Beregn ud fra temperaturen den teoretiske værdi for lydens hastighed i luft med formlen fra forrige afsnit.
Beregn også en procentvis afvigelse fra den teoretiske værdi med formlen herunder for at vurdere hvor tæt på den teoretiske værdi jeres måling var.

Page updated

Report abuse