De rollerdisco

Onderwerp: Geluid, Trilling en golf

Floris de Bruijn en Anton Bossenbroek Revius Lyceum

Bezoekers van rollerdisco’s, disco’s waar iedereen zich op rolschaatsen voortbeweegt, vinden het interessant om te weten hoe groot hun snelheid is. De klassieke methode met afstand- en tijdmeting is niet praktisch in een discotheek vol mensen. Floris en Anton vroegen zich af of het dopplereffect bij geluid gebruikt kan worden om de snelheid te bepalen. Het dopplereffect treedt op wanneer er een snelheidsverschil is tussen de bron en de ontvanger. Als de ontvanger zich naar de bron toe beweegt, ontvangt hij de golffronten met kortere tussenpozen dan ze uitgezonden worden. Hierdoor neemt de ontvanger een kortere golflengte waar en dus een hogere frequentie. Het tegenovergestelde gebeurt wanneer de ontvanger zich van de bron af beweegt. Nu ontvangt hij de golffronten met langere tussenpozen en is de frequentie lager. De volgende formule kan gebruikt worden om de snelheid v te bepalen:

hierin is fw de waargenomen frequentie, fb de uitgezonden frequentie en c de geluidssnelheid.

In hun experiment hebben Floris en Anton de snelheid van een blokje dat over een baan beweegt op twee manieren bepaald: m.b.v. het dopplereffect en met lichtsensors. De methode met lichtsensors dient als vergelijkingsmateriaal. Langs de baan zijn drie lichtsensors geplaatst met daartegenover lampjes. De sensors registreren dus voortdurend licht, behalve wanneer het blokje erlangs beweegt. Met de bekende lengte van het blokje en de tijdsduur dat een sensor geen licht registreert, kan de snelheid bepaald worden. De betreffende tijdsduur wordt gemeten met de computer m.b.v. een zelfgeschreven programma in Controlomgeving van IP-Coach. Om met het dopplereffect te kunnen werken, is op het blokje een geluidssensor bevestigd. Als bron wordt een toongenerator gebruikt; deze produceert een zuivere toon. Ook de toongenerator als de geluidssensor zijn aan de computer geschakeld en geven beiden een signaal door. Hieruit kan resp. de uitgezonden en waargenomen frequentie bepaald worden. Uit bovenstaande formule en de bekende waarde voor de geluidssnelheid (c = 343 m/s bij 20°C), kan nu de snelheid van het blokje berekend worden. Floris en Anton hebben m.b.v. het dopplereffect snelheden gevonden, die sterk afwijken van de met de lichtsensoren bepaalde snelheden. De lengte van het blokje en de door de computer gemeten tijdsduur kunnen nauwkeurig bepaald worden. Daarentegen is de nauwkeurigheid van het dopplereffect-methode twijfelachtig, want kleine afwijkingen in de frequenties veroorzaken grote fouten in de berekening van de snelheid. Er kan dus aangenomen worden dat de met lichtsensoren bepaalde snelheden dichter bij de werkelijke snelheden liggen. Met nauwkeurige apparatuur en programmatuur is in theorie snelheidsbepaling met het dopplereffect ook bij niet-zuivere tonen, bv. muziek, mogelijk. De toepassing in een rollerdisco is dus zeker niet irreëel.