6.1 Bølgebegreber

6.1.1 Hvad er bølger

Lys er elektromagnetiske bølger.

Lyd er trykbølger i luften.

Bølger i hverdagen

Bølger i hverdagen


6.1.2 Grundlæggende bølge begreber

Når vi smider en sten i vandet, vil der brede sig ringformede bølger. Sådan gælder det for alle bølger, at de udbreder sig ringformet ud fra et punkt.

Ringformede bølger

Ringformede bølger

Den grundlæggende beskrivelse af bølger er ens for alle bølgetyper. Lad os kigge på vandbølger og forstå nogle vigtige bølge begreber:

Beskrivelse af bølger i vand

Beskrivelse af bølger i vand


Bølgelængde, amplitude, periode og frekvens er grundlæggende for beskrivelsen af alle former for bølger:


Bølger med forskellige frekvenser og bølgelængder.

Bølger med forskellige frekvenser og bølgelængder.


6.1.3 Bølgers udbredelse

Lys og lyd er begge bølgefænomener. Lysbølger kaldes også elektromagnetiske stråling og er den eneste bølgeform, der kan bevæge sig igennem det tomme rum.

Alle andre bølgefænomener kræver noget fysisk for at kunne udbrede sig, kaldet et medie. Lyd kræver luft, vandbølger kræver vand, jordskælv er bølger i jordskorpen.

Der er ikke lyd i rummet, fordi der ikke er et udbredelses medie.

Der er ikke lyd i rummet, fordi der ikke er et udbredelses medie.

6.1.4 Tværgående og langsgående bølger


Tvær og langsgående bølger

Tvær og langsgående bølger

Tværbølger:

En bølge på en snor er et eksempel på en tværbølge, fordi snoren bevæger sig vinkelret frem og tilbage i forhold til udbredelsesretningen for bølgen.

Langsgående bølger:

En lydbølge er en langsgående bølge, fordi en lydbølge er en trykbølge, hvor luftmolekylerne bevæger sig frem og tilbage i samme plan i forhold til udbredelsesretningen.


Tværgående og langsgående bølger

Tværgående og langsgående bølger


6.1.5 Refleksion og interferens

Når bølger udbreder sig, kan der opstå reflektion og interferens.

Et eksempel på bølgers reflektion kan være vores spejlbillede, og et eksempel på interferens kan være når vandbølger forstærker hinanden.

Refleksion, spejling og ekko

Refleksion, spejling og ekko


Reflektion

Bølger kan reflekteres og skifte fase. Reflektion er, når en bølge bliver sendt tilbage eller ændrer retning.

Faseskift og reflektion

Faseskift og reflektion


Eksempler på lydbølger der reflekteres:

Et ekkolod i en båd virker ved at lydbølger reflekteres fra bunden op til båden. Når politiet måler en bils fart, gør de det ved at en laserstråle reflekteres fra bilen. Når du hører et ekko, er det fordi lyden reflekteres fra en væg.

Ringbølger reflekteres

Ringbølger reflekteres


Eksempler på lysbølger der reflekteres:

Hver gang du se dit spejlbillede, er lyset fra dig blevet reflekteret i spejlet, så dine øjne kan se dig. Alle ting, vi kan se, reflekterer lys. Hvis en trøje er rød, er det fordi, den er bedst til at reflektere de røde farver. Sort er, når en overflade er i stand til at optage alle farver, og hvid er, når alle farver reflekteres.

Stealth fly. Minimal reflektion fra flyet, og er derfor svært at opdage for fjenden.

Stealth fly. Minimal reflektion fra flyet, og er derfor svært at opdage for fjendens radar.


Interferens

Bølger der mødes vil interferere. Det betyder, at de enten forstærker eller svækker hinanden. Efter bølgerne har interfereret fortsætter bølgen.

Bølgers interferens

Interferens fænomenet optræder med alle former for bølger. Vi kalder det konstruktiv interferens når bølgerne forstærkes og destruktiv interferens når bølgerne svækkes.

At lægge bølger sammen

De to øverste bølger interfererer med hinanden, - de lægges sammen - og bliver til den nederste bølge.

De to øverste bølger interfererer med hinanden, – de lægges sammen – og bliver til den nederste bølge.

Inteferens med lydbølger

Interferens med lydbølger

Lydbølger kan inteferere. Når de intefererer destruktivt, vil lyden sænkes. Hvis man tager 2 stemmegafler med forskellig frekvens, kan man høre både destruktiv og konstruktiv inteferens.



Aktivitet: Leg med bølger på en snor.


Du skal eksperimentere med den interaktive bølge simulator og forstå, hvordan bølger på en streng opfører sig.
Klik her!

Start med at sætte sætte “dæmpningen” til 20 og “spændingen” på 80%.

Send en enkelt impuls afsted med 1) “En fastgjort ende”, 2) “Løs ende” og 3) “Fri ende” og se hvad der sker.

Hvis du har svært ved at starte bølge impulser, kan du bruge Impuls funktionen – så kan programmet gøre det for dig.

Når du har observeret bølgeudbredelsen, er du klar til at prøve oscillatoren. Snoren skal have fastgjort ende. Sæt ikke frekvensen for høj, så er det nemlig svært at iagttage bølgerne. Prøv at frembringe stående bølger. Det er, når der er steder på snoren, der hele tiden står stille.

Hvis du har svært ved det, så kan du bruge følgende indstillinger: “amplitude”=50 , “frekvens”=6 , “dæmpningen”=4 , “spændingen”=80%.

Noter hvad du har lært af dit undersøgende arbejde.


6.1.7 Stående Bølger

Når man spiller på en guitar eller et andet strenginstrument har man en stående bølge på en streng. Denne bølge sætter luftmolekylerne i svingninger, som kan opfattes af vores ører.

Stående bølger

Stående bølger


Tacoma Narrows Bridge i Washington i USA kollapsede kun 4 måneder efter opførelsen pga. resonans.

Tacoma Narrows Bridge i Washington i USA kollapsede kun 4 måneder efter opførelsen pga. stående bølger, som vinden forstærkede. Klik på billedet for at se video.



Aktivitet: Stående bølger.

Se først de to videoer om stående bølger.Undersøg, som i videoen nedenfor, om det er rigtigt, at bølgens udbredelseshastighed(v) er lig med frekvens(f) gange bølgelængden(λ).

Altså v = f · λ.

Spænd en snor op, så den har konstant snorspænding. Mål snorlængden. Start frekvensgeneratoren og find en stående bølge.

I figuren nedenfor ses ½ bølge, 1 bølge, 3/2 bølge, 2 bølger, 5/2 bølger og 3 bølger.

Juster frekvens og find de forskellige stående bølger på figuren ovenfor, og noter antal bølger og frekvens i et målskema i målskema som nedenfor. OBS: Bølgelængden skal beregnes – evt. i Excel som vist i videoen.

Prøv at beregn frekvens · bølgelængde for alle resultaterne.

Får du en konstant?

Hvis du får en konstant, har du vist bølgeligningen:

udbredelseshastigheden = frekvens · bølgelængde

Forsøg: stående bølger

 Aktivitet: Stående bølger



Hvad ved du om bølgebegreber?


Læringsmål


Færdighedsmål

  • Eleven kan undersøge lyd
  • Eleven kan anvende modeller til forklaring af naturfaglige fænomener og problemstillinger.
  • Eleven kan indsamle og vurdere data fra egne og andres undersøgelser.

Vidensmål

  • Eleven har viden om udbredelse af lyd og lys.
  • Eleven har viden om bølgetyper og lydfænomener.