En faktasjekket guide til hvordan lyd, lys og bølger fungerer — med kildebelagte tall for lydhastighet, lyshastighet, synlig lys og hørsel, og hvordan de samme bølgeprinsippene gjør seg gjeldende i hverdagen.
Kort fortalt
- Lysets hastighet i vakuum
- 299 792 458 m/s, eksakt (SNL – lys)
- Lydhastighet i luft
- omkring 340 m/s (SNL – lyd)
- Menneskets hørselsområde
- 20 Hz–20 000 Hz (SNL – audiofrekvenser)
- Synlig lys, bølgelengde
- ca. 400–750 nanometer (SNL – lys)
- Grenseverdi for støy i arbeidslivet
- 85 dB(A) daglig eksponering, LEX,8h (Forskrift om tiltaks- og grenseverdier §2-2, Lovdata)
Innhold i artikkelen (6)
Naturens mest usynlige og synlige krefter
Lyden fra en gitarstreng, lyset fra solen og radiobølgene fra en mobiltelefon har én ting til felles: alle er bølger. En bølge er en svingning som brer seg fra sted til sted. Fysikken skiller mellom mekaniske bølger, der partiklene i et stoff svinger — som lyd og vannbølger — og elektromagnetiske bølger, som lys og radiobølger, som ikke trenger noe medium å bevege seg gjennom, ifølge Store norske leksikons oppslag om bølger.
Denne guiden går gjennom hvordan lyd og lys oppstår og brer seg, hvilke tall som beskriver dem, og hvorfor de samme bølgeprinsippene gjør seg gjeldende i alt fra musikk til trådløst nett.
Lyden: Fra vibrasjoner til musikk
Lyd oppstår som mekaniske svingninger: når for eksempel en stemmegaffel eller en tromme settes i bevegelse, skapes trykkvariasjoner i luften rundt. Disse trykkbølgene brer seg utover som longitudinalbølger og oppfattes som lyd når de når øret, ifølge Store norske leksikons oppslag om lyd. I luft brer lyden seg med en hastighet på omkring 340 meter per sekund, mens lys beveger seg 299 792 458 meter per sekund — hastighetsforskjellen er grunnen til at et lyn ses før tordenen høres, ifølge Store norske leksikons oppslag om lys.
Frekvensen til en lydbølge avgjør tonehøyden — jo flere svingninger i sekundet, jo lysere oppfattes tonen — mens bølgens amplitude, altså det største utslaget fra midtstillingen, avgjør hvor kraftig lyden oppleves, ifølge Store norske leksikons oppslag om bølge. Det normale hørselsområdet hos mennesker strekker seg fra rundt 20 hertz til 20 000 hertz, med betydelige individuelle variasjoner, ifølge Store norske leksikons oppslag om audiofrekvenser.
Lyset: Bølger eller partikler?
Lys oppfører seg både som bølge og som partikkel, en egenskap som kalles bølge-partikkel-dualitet. Thomas Young viste lysets bølgeegenskaper gjennom interferenseksperimenter i 1801, mens Albert Einstein i 1905 la fram en teori om at lys består av enkeltpartikler kalt fotoner. Senere bekreftet Arthur Compton eksperimentelt at lys også oppfører seg som partikler med bevegelsesmengde, ifølge Store norske leksikons oppslag om bølge-partikkel-dualitet.
Når lys opptrer som bølge, har det en bølgelengde. Det menneskelige øyet kan registrere elektromagnetisk stråling med bølgelengder mellom omkring 400 og 750 nanometer, der rødt lys har den lengste bølgelengden i det synlige spekteret og fiolett den korteste, ifølge Store norske leksikons oppslag om lys.
Tall og trender
Lysets hastighet i vakuum er eksakt 299 792 458 meter per sekund — et tall fastsatt ved definisjon, siden meteren i dag regnes ut fra lysets hastighet, ifølge Store norske leksikons oppslag om lys. Til sammenligning brer lyd seg med omkring 340 meter per sekund i luft, ifølge Store norske leksikons oppslag om lyd, noe som er i tråd med NASAs anslag på rundt 1100 fot — omkring 335 meter — per sekund ved havnivå under standard atmosfæriske forhold, ifølge NASA Glenn Research Center. Sammenhengen mellom en bølges hastighet, bølgelengde og frekvens uttrykkes som c = f · λ, ifølge Store norske leksikons oppslag om elektromagnetisk stråling. I norsk arbeidsliv skal daglig støyeksponering ikke overstige en grenseverdi på 85 desibel (LEX,8h), og en øvre tiltaksverdi på samme nivå utløser krav om støytiltak fra arbeidsgiver, ifølge forskrift om tiltaks- og grenseverdier §§ 2-1 og 2-2.
Resonans: når bølger forsterker hverandre
Resonans oppstår når et svingende system utsettes for en periodisk kraft med samme frekvens som systemets egen naturlige frekvens, slik at systemet tar opp energi og svinger stadig kraftigere, ifølge Store norske leksikons oppslag om resonans. Et kjent eksempel er Tacoma Narrows-brua i delstaten Washington i USA, som kollapset i 1940 etter at vind satte brua i svingninger som traff dens egen resonansfrekvens, ifølge samme kilde.
Bølgefenomener som er lette å kjenne igjen
Diffraksjon oppstår når bølger treffer en hindring eller passerer gjennom en åpning: i stedet for å fortsette rett fram bøyer bølgene seg rundt hindringen eller sprer seg utover etter åpningen. Effekten gjelder alle typer bølger — lys, lyd og vannbølger — og er tydeligst når åpningen er liten sammenlignet med bølgelengden. Fenomenet henger tett sammen med interferens, der flere bølger møtes og forsterker eller svekker hverandre, ifølge Store norske leksikons oppslag om diffraksjon.
Radiobølger og mikrobølger er elektromagnetisk stråling med lang bølgelengde og sendes ut fra elektroniske svingekretser og antenner — samme grunnprinsipp som gjør at en WiFi-ruter eller en radiomottaker fanger opp signaler i rommet, ifølge Store norske leksikons oppslag om elektromagnetisk stråling. I motsatt ende av spekteret ligger ultrafiolett stråling, som har kortere bølgelengde og høyere energi enn synlig lys; UV-strålingen fra sola er den viktigste kilden til vitamin D i huden, men for mye UV kan gi hud- og øyeskader og i verste fall hudkreft. UV-indeksen går fra 1 til 11 eller høyere, og Direktoratet for strålevern og atomsikkerhet anbefaler solbeskyttelse når indeksen når 3.
Emner
