Golven kunnen interfereren, deeltjes niet
Als je achter elkaar honderd golfballen wegslaat op een oefenveld, dan liggen er daarna honderd golfballen in het veld. Niet minder, niet meer. Maar als je twee golfjes een koord instuurt, één van links en één van rechts, en je kijkt even later, dan kan het zo zijn dat je op dat moment niets ziet, geen enkele uitwijking van het koord. De golfjes werken elkaar dan precies tegen, de ene golf zegt dat er een uitwijking omhoog moet zijn, de andere zegt dat er een uitwijking omlaag moet zijn. Het resultaat is geen enkele uitwijking op dat moment en op die positie. Dit heet destructieve interferentie. Dat deze mogelijkheid bestaat, is een kenmerk van golven. Als je zorgt dat de twee golven in het koord juist samenwerken, krijg je een extra hoge golf. Dat heet constructieve interferentie. Ook watergolven en geluidsgolven kunnen destructief of constructief interfereren. Deeltjes niet.
Wanneer merk je iets van interferentie?
Of golven elkaar versterken of elkaar uitdoven, is een kwestie van
de positie waar je kijkt. Neem bijvoorbeeld twee luidsprekers die
allebei één toon uitzenden. Ze doen dat in fase, dat wil
zeggen dat de toppen, de nulpunten en de dalen van beide golven
gelijktijdig ontstaan. Als je dan op een punt precies in het midden
gaat luisteren, hoor je een hard geluid. Dat komt doordat de golven
die bij de bronnen in fase waren en allebei dezelfde afstand hebben
afgelegd, in dat punt in het midden ook in fase met elkaar aankomen.
Ze versterken elkaar op die plek.
Als je nu een kwart golflengte opzij gaat, dan zijn op jouw nieuwe positie de golven een halve golf ten opzichte van elkaar verschoven. De ene hoefde een kwart golflengte minder af te leggen van zijn bron tot het punt waar je staat, de ander een kwart golflengte meer. Op het moment dat de ene golf een top heeft, heeft de ander een dal. De golven zijn uit fase en doven elkaar uit.
Zo wisselen punten in de ruimte waar versterking is en punten waar verzwakking is elkaar af. Hoe kleiner de golflengte is, hoe sneller de afwisseling. Als je een frequentie van 20 kHz hebt, is de golflengte gelijk aan λ=v/f, met v de geluidsnelheid van 340 m/s. Dus de uitkomst is 1,7 cm. Een kwart golflengte is dus een paar millimeter. De maxima en de minima liggen een paar millimeter uit elkaar en dat kan je oor, dat veel groter is, niet onderscheiden. Je trommelvlies omvat altijd meerdere maxima en minima, je oor als geheel nog veel meer. Waar je je oor ook houdt, het geluid klinkt even hard. Bij een toon van 200 Hz is de frequentie honderd keer zo klein en de golflengte honderd keer zo groot. De afstand tussen een minimum en een maximum is dan zo’n 4 decimeter. Als je je hoofd beweegt, hoor je nu wel een afwisseling van hard geluid op sommige plaatsen en zacht geluid op andere plaatsen.
Belangrijk principe
Dit principe zullen we vaker terugzien: je merkt iets van golfverschijnselen als de golflengte relatief groot is:
Relatief groot, dat betekent groot ten opzichte van de afmeting L van iets anders. Een grote getalwaarde voor de golflengte op zich betekent niets. Dat kun je zien aan het volgende voorbeeld: een afstand van 60 000 cm is een groot aantal centimeters, maar dit is gelijk aan 0,60 km, een klein aantal kilometers. Relevant voor de vraag of iets een grote afstand is, is of het een grote waarde is vergeleken met bijvoorbeeld de afstand die je in een uur kunt fietsen. Relevant voor de vraag of de golflengte van geluid groot is, is de vraag hoe die golflengte zich verhoudt tot de grootte van je oorschelp.