Verklegar æfingar í náttúrufræði

18 Eðlisfræðilegar útskýringar og hugtök Hljóðbylgjur Hljóðbylgjur eru þéttleikasveiflur í efni. Hugsum okkur að slegið sé snöggt á flata málm- plötu. Platan aflagast við höggið og framan við hana myndast undirþrýstingur því loftið nær ekki allt að fylgja hreyfingunni eftir vegna tregðu. Á sama hátt myndast yfirþrýstingur næst plötunni á bakhliðinni. Platan sveiflast til baka og nú myndast yfirþrýstingur við fram- hliðina og undirþrýstingur við bakhliðina. Þrýstingssveiflurnar í loftinu berast frá plötunni með hljóðhraða. Hljóðbylgjur geta myndast í gasi, vökvum og föstum efnum. Hljóðhraðinn er háður eðlis- þyngd efnisins og fjaðurstuðli. Fjaðurstuðull segir til um hversu erfitt er að þjappa efninu saman. Gas hefur lægri fjaðurstuðul en vökvar og föst efni. Hljóðhraði er minnstur í gasi og hæstur í stinnum föstum efnum. Hraði hljóðs í lofti er um 340 m/s, 1500 m/s í vatni og 5600 m/s í gleri. Hraðinn er margfeldi tíðni og öldulengdar. Tíðnin segir til um fjölda öldutoppa sem fara fram hjá ákveðnum stað á tímaeiningu og öldulengdin er fjarlægð milli öldutoppa. Há- tíðnihljóð hefur því styttri öldulengd en lágtíðnihljóð. Hljóðbylgja sem kemur að skilum efna með mismunandi hjóðhraða speglast að hluta. Aðeins lítill hluti hljóðbylgju kemst yfir skilin inn í nýja efnið ef munur hljóðhraða í efnunum er stór. Þannig heyrum við lítið í tón- kvísl sem haldið er á lofti, því hljóðbylgjan sveiflast fram og til baka innan kvíslarinnar og kemst ekki út. Þegar fótur tónkvíslarinnar er látinn snerta stærri flöt með hljóðhraða sem er nær hraða í lofti, getur bylgjan borist út í flötinn og þaðan út í loftið svo við heyrum sterkari tón. Hljómkassar á strengjahljóðfærum þjóna þessum tilgangi. Þar sem hljóðbylgjur speglast fram og til baka byggist upp sterk sveifla við svokallaða eigin- tíðni kerfisins. Þessi tíðni er háð hljóðhraðanum og stærð kerfisins (ýmist lengd eða rúm- máli). Eigintíðni gítarstrengs er þannig breytt þegar strengurinn er styttur með því að styðja fingri á hann, og tónn blásturshljóðfæris breytist þegar virkri lengd er breytt með því að opna eða loka opi á hljóðholinu.