Voortplanting geluidsgolven

[stinky]

Ja, da wist ik. Mocht het nu nog eens kloppen hé .

[f_dieleman]

De uitleg met het overbrengen van momentum (impuls? ) heb ik al gehoord, maar blijf ik om de volgende reden vreemd vinden:

Om de situtatie aanschouwelijker te maken kun je een 'gemiddeld deeltje' invoeren, als er geen sprake is van wind zal dat gemiddeld deeltje stilstaan ( ik weet dat de deeltjes in feite in alle richtingen doorheen elkaar bewegen, maar aangezien er geen wind is zal de gemiddelde snelheid, dus de som van de snelheidsvectoren van alle deeltjes opgeteld gedeeld door het aantal deeltjes,de nulvector zijn, bovendien staan in de animaties op het internet de deeltjes in eerste instantie ook stil.)

Als er nu door een trillingsbron deeltjes in de buurt van die trillingsbron een impuls krijgen en botsen op die 'stilstaande' deeltjes, zal volgens mij (voor zover je ze kan vergelijken met biljartballen ) de impuls over de twee deeltjes verdeeld worden en krijg je dus twee in dezelfde richting en zin bewegende, maar tragere deeltjes. Dit betekent dus dat het eerste deeltje nog steeds in dezelfde zin beweegt, terwijl het eigenlijk zou moeten terugkeren, anders is er sprake van massatransport, hetgeen net niet voorkomt bij golven. Bovendien beweegt het aangebotste deeltje trager, waardoor het volgende deeltje later aangebotst wordt en de golf zich dus steeds trager voortplant, terwijl de snelheid in werkelijkheid constant is.

Ik weet dat het bovenstaande absurd gekommaneuk is, maar ik probeer gewoon bij ieder fysisch verschijnsel na te gaan wat er op deeltjesniveau gebeurt om de essentie ervan in te zien, en drukgolven is het eerste verschijnsel waarbij ik moeite heb om me de verschijnselen op deeltjesniveau voor te stellen. Nogmaals dank aan al wie zich waagt aan een verklaring

Je botsingen zijn niet elastisch! Bij een perfect elastische botsing zal je ene biljartbal stil komen te staan en de andere de snelheid van je eerste bal overnemen. Verder moet je er rekening mee houden dat je bron niet 1 duw geeft, maar periodiek op en neer trilt, waardoor je opeengeduwde deeltjes ook de tijd krijgen om naar beide kanten terug uit te zetten. (Je deeltjes staan namelijk niet stil en zullen ook terug naar je bronkant 'botsen'). Soit, het is me iets te moeilijk om zelf te beredeneren , maar ik denk dat dit toch cruciale dingen zijn die je in rekening moet brengen.

[heheheh]

Ik bekijk het zo:

Een deeltje tegen de geluidsbron wordt opzij geduwd. Door alles soorten krachten (london dispertie, dipool, en wat er allemaal aanwezig is) worden daardoor ook de omliggende deeltjes beïnvloed en weg geduwd door dat eerste deeltje. Hier zit echter een kleine vertraging op (zoals een veer die tussen 2 voorwerpen zit niet direct de volledige kracht doorgeeft, maar eerst zelf wat energie opneemt). Dit zorgt voor een plaatselijk hogere dichtheid en druk.

Deze druk plant zich voort met een bepaalde snelheid (door die vertraging van de omliggende krachten).

Spoiler for paar formuletjes:

cg = sqrt(-v²*(dp/dv))

of in een ideaal gas:

cg= sqrt(r*k*T) of cg=sqrt(B/rho)

met cg= geluidssnelheid, p= druk, v= specifiek volume, k=kappa, rho= dichtheid, B= Bulkmodulus, ect.

In de 2 laatste 'uitgewerkte' vereenvoudigde formules zie je duidelijk wat de invloed van de krachten tussen de moleculen heeft op de geluidssnelheid.

Als de bron na een halve trilling zou stoppen, zouden door de interdeeltjeskrachten/de druk alle deeltjes zich terug even verdelen. Nu zou er dus idd massatransport en mogelijk een volumevermindering en drukverhoging plaatsgevonden hebben (weliswaar enorm klein).

Als trillende bron, trilt hij terug naar zijn evenwichtspositie, waardoor er zich een 'vacuum' zou ontstaan. Door de interdeeltjeskrachten/druk (die er maar aan 1 kant meer is) wordt het deeltje naar het trillend voorwerp terug geduwd en gebeurd terug hetzelfde, maar omgekeerd (drukverlaging ect.).

Bij dat laatste zal die drukverlaging ect. wel veel minder uitgesproken voorkomen, omdat er zich nog geen evenwicht heeft gesteld bij de drukverhoging. De druk verlaagt dus eigenlijk gewoon terug naar de normale druk.

Bij 1 trilling heb je nu dus terug de evenwichtstoestand van in het begin en zit er in de ruimte voor het trillend voorwerp zich een kleine plaatselijke drukverhoging voort te zetten.

Ik denk dat de beste analogie die van een veer is. In een lange en soepele veer (zoals die dingen die je van de trap kan laten gaan) kan je een longitudinale golf starten en zie je het ook voortplanten door de veer (als ze lang en soepel genoeg is).