Lydens grundformel

Lyd udbreder sig gennem et medium for eksempel gennem luft eller vand. Sammenhængen mellem lydens udbredelseshastighed C, frekvens F og bølgelængde L er givet ved grundformlen:

C = F L

C - udbredelseshastigheden måles i meter/sekund (m/s)
F - frekvensen måles i hertz = svingninger/sekund (Hz=1/s)
L - bølgelængden måles i meter (m)

Lydens udbredelseshastighed i luft ved 20°C er omkring 340 m/s. Dette betyder, at for en frekvens F = 1000 Hz bliver lydens bølgelængde L = C/F = 0,34 meter = 34 cm.

Perioden T for en lydbølge er tiden for én svingning. Perioden T = 1/F. For eksempel, hvis svingningsfrekvensen F = 100 Hz, er perioden for en enkelt svingning T = 1/F = 1/100 sekund. For korte perioder anvender man millisekunder (1/1000 sekund). I dette eksempel er perioden 0,01 sekund = 10 millisekunder som kan forkortes til 10 ms.

Formlen C = F L = L/T kan omformes til L = T C, som fortæller, at tiden T for én svingning ganget med lydens hastighed C svarer til lydens bølgelængde (tid gange fart giver afstand).

Tværsvingninger og længdesvingninger

Bølger i en snor eller på en vandoverflade er lette at forestille sig, idet de enkelte partikler i mediet (snoren eller vandet) svinger op og ned, altså vinkelret på (på tværs af) udbredelsesretningen. Sådanne bølger hedder “tværsvingninger”.

Lydbølger for eksempel i luft opstår ved, at luften presses sammen eller fortyndes. Der er tale om små stigninger og fald i lufttrykket i forhold til det statiske tryk (lufttrykket, når der ikke er lyd). Luftens molekyler bevæger sig frem og tilbage i udbredelesretningen, idet trykvariationen forplanter sig gennem mediet. Disse svingninger kaldes “længdesvingninger”. Prøv linket:

www.walter-fendt.de/ph14dk/stlwaves_dk.htm

Her ser man en animation, der viser luftmolekylers svingninger i et rør. Neden under animationen ses en graf, der viser lufttrykkets variation i røret.

Lydens udbredelse i vand
Når lydbølger udbreder sig i vand er der flere forskelle i forhold til lydens udbredelse i luft:

- Molekylerne bevæger sig mindre. Molekylernes bevægelser frem og tilbage sker over meget kortere afstande end tilfældet er med lydudbredelse i luft.

- Trykstigninger og -fald i vandet er væsentlig mindre end det statiske vandtryk.

- Afstanden mellem nabomolekyler i vand er meget mindre end afstanden i luft. Lyden udbreder sig meget hurtigere. Typisk er lydens hastighed i rent vand ved stuetemperatur omkring 1475 m/s.

- Lydens bølgelængder i vand bliver ifølge grundformlen C = F L væsentlig større ved samme frekvens. F.eks. bliver bølgelængden L svarende til en frekvens F = 1000 Hz og en hastighed på C = 1475 m/s: L = C/F = 1475/1000 = 1,475 m, altså 147,5 cm contra 34 cm for luft.

Eksperimenter og projekter

1) Lydens udbredelse i luft

2) Lydens udbredelse i vand (er på vej)

3) Analyse af lyde fra havets dyr