Bølge-modeller (lyd, lys)

Fysik/kemi · 7.-9. klasse · Modellering

Bølger — kernebegreber i fysik

En bølge er en forstyrrelse der forplanter sig gennem et medie eller rum — transporterer energi uden at flytte stof netto.

Størrelser og enheder

| Symbol | Navn | Enhed | Betydning |

|--------|------|-------|-----------|

| λ (lambda) | Bølgelængde | m | Afstand mellem to toppe |

| f | Frekvens | Hz | Antal svingninger/sekund |

| T | Periode | s | Tid for én svingning |

| v | Hastighed | m/s | Hvor hurtigt bølgen breder sig |

| A | Amplitude | varies | Bølgens "størrelse" |

Kernefr formlerne

• v = λ · f
• T = 1/f
• f = 1/T

To hovedtyper

Tværbølger (transverse): partikler svinger vinkelret på bevægelsesretningen.

• Lys og alle EM-bølger
• Vand-overflade-bølger
• Strengebølger (guitar)

Længdebølger (longitudinale): partikler svinger parallelt med bevægelsesretningen.

• Lyd (kompression-rarefaktion af luft)
• Jordskælvs P-bølger

Lyd

Lyd er en længdebølge i luft (eller andre medier):

Lydhastighed:

• Luft (20°C): 343 m/s
• Vand: 1480 m/s
• Stål: 5000 m/s
• Tættere medier → hurtigere lyd

Hørbare frekvenser (mennesker): 20 Hz - 20.000 Hz

• Infralyd (<20 Hz): elefanter, jordskælv
• Ultralyd (>20.000 Hz): flagermus, medicinsk scanning

Decibel (dB) — logaritmisk lydstyrke:

• 0 dB: høregrænse
• 60 dB: samtale
• 100 dB: rockkoncert (brug høreværn!)
• 120 dB: jetfly

Lys

Lys er en tværgående EM-bølge:

• Hastighed (vakuum): c = 3,00·10⁸ m/s — universets hurtigste!
• Bølgelængde: 380-750 nm (synligt)

Synligt spektrum (fra lang til kort bølgelængde):

• Rød: 750-620 nm
• Orange: 620-590 nm
• Gul: 590-570 nm
• Grøn: 570-490 nm
• Blå: 490-450 nm
• Violet: 450-380 nm

Eksempler på beregninger

Eksempel 1: Radio-station 100 MHz. Hvad er bølgelængden?

• f = 100 MHz = 100·10⁶ Hz = 10⁸ Hz
• λ = v/f = 3·10⁸ / 10⁸ = 3 m

Eksempel 2: Grøn lys har bølgelængde 500 nm. Frekvens?

• λ = 500 nm = 5·10⁻⁷ m
• f = c/λ = 3·10⁸ / 5·10⁻⁷ = 6·10¹⁴ Hz

Eksempel 3: Lyd ved 440 Hz (koncert-A) i luft. Bølgelængde?

• λ = v/f = 343 / 440 = 0,78 m

Doppler-effekten

Når bølgekilden bevæger sig:

• Mod observatør: bølgelængde kortere → højere tone
• Fra observatør: bølgelængde længere → dybere tone

Hverdags-eksempel: ambulance-sirene skifter tone når den passerer.

Lys: rødforskydning (fjerne galakser) → beviser universets udvidelse.

Læringsmål

• Bruge bølgeligningen v = λ · f
• Skelne mellem tvær- og længdebølger
• Beregne bølgelængde, frekvens og periode
• Kende lyd- og lyshastighed i forskellige medier
• Forstå Doppler-effektens principper
• Forklare hørbare frekvensområder og dB-skalaen

Projekt: Bølger i hverdagen

Mål lydhastigheden i luft! Brug et smartphone med 2 mikrofoner, slå med hammer, mål tidsforskel → beregn hastighed. Sammenlign med 343 m/s.

Udvidet: Byg et pinhole-kamera. Observer Doppler-effekt ved at spille en ren tone på en telefon og bevæge den tæt forbi et andet telefon der optager.

Brobygning: Bølger er grundlag for al kommunikation (radio, TV, mobiltelefoni, WiFi), medicin (ultralyd, MRI), astronomi (spektroskopi) og klimaforskning (IR-satellitter). På STX fysik B udvides til interferens, diffraktion og stående bølger.