Icon up Overzicht

Een meter voor de snelheid van denken (Exaktueel)

Onderwerp: Geluid, Onderzoek doen

Begrippen: Frequentie

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.

Franciscus Cornelis Donders werd in 1818 geboren. Hij werd vooral beroemd als oogarts. In Utrecht was hij professor en richtte het Ooglijdersgasthuis op. Maar hij deed ook onderzoek naar de werking van de hersenen, waar men toen nog weinig van wist. Hij bedacht een slimme manier om aan te tonen dat denken tijd kost. Dat was nooit eerder vertoond.


Figuur 1. Bron: Wikipedia

Ter gelegenheid van zijn tweehonderdste geboortedag richtte de Radboud Universiteit in Nijmegen een kleine expositie in, waar ook het door hem in 1865 bedachte apparaat tentoongesteld was.


Figuur 2: Het apparaat van Donders met trommel en stemvork

Donders paste de enkele jaren eerder uitgevonden methode toe van het opnemen van geluidstrillingen op een beroete trommel, zie figuur 2. De trommel wordt met een hendel rondgedraaid. Ondertussen verschuift hij horizontale richting dankzij een schroefas. Donders combineert twee registraties in één apparaat. De eerste is het golvende spoor dat getrokken wordt door een pinnetje dat bevestigd is aan een van de poten van een stemvork. De stemvork heeft een frequentie van 261 Hz.

a) Bereken de trillingstijd van deze stemvork.

De tweede opname is die van stemgeluid. Daartoe plaatst Donders voor de trommel een soort van trechter met aan het eind een membraam (trommelvlies) dat meetrilt met het geluid, zie figuur 3. Aan het membraam is een pinnetje bevestigd dat een tweede spoor trekt, vlak naast het spoor van de stemvork.


Figuur 3: Nu met de 'trechter' erbij voor het registreren van het stemgeluid

Nu komen we toe aan hoe Donders probeerde erachter te komen of denken tijd kost. De onderzoeker en een proefpersoon nemen naast elkaar plaats voor de trechter. De opdracht aan de proefpersoon is: als de onderzoeker luid 'ka' zegt, moet u reageren door zo snel mogelijk óók 'ka' te zeggen. 

Vanwege de reactietijd zit er enige tijd tussen beide geluiden. Dat moet terug te zien zijn in het spoor.

Er is maar één afbeelding bewaard gebleven waarop deze twee sporen te zien zijn. Donders nam die op in een wetenschappelijk artikel.  

b) Welk spoor is dat van de stemvork?

c) Wijs aan op welke momenten de onderzoeker en de proefpersoon 'ka' gezegd hebben.

d) Tel het aantal door de stemvork veroorzaakte hele golven – één keer op plus éen keer neer – tussen deze twee momenten en bereken daarmee de reactietijd van de proefpersoon.

Om te meten of denken tijd kost, maakte Donders de opdracht aan de proefpersoon ingewikkelder. Hij gaf de instructie dat die het woord 'ki' moest nazeggen maar moest zwijgen als de onderzoeker 'ka' of 'ko' zei.  De proefpersoon had nu duidelijk meer tijd nodig. Kennelijk kost denken tijd!

Helaas is van deze proef geen afbeelding bekend. Of zou het kunnen zijn dat de bovenstaande afbeelding juist daarbij hoort? In dat geval ontbreekt een afbeelding van de meting van de gewone reactietijd. Om erachter te komen wat het geval is, kun je gebruik maken van informatie over de reactietijd die op internet te vinden is.

e) Bepaal je gewone reactietijd.

f)  Wat denk je: hoort de figuur bij de gewone reactietijd of bij een denktaak?