Staande golven

Een belangrijk type golf voor ons is een staande golf. Staande golven zijn aanwezig in muziekinstrumenten, en zijn de manier waarop het instrument geluid produceert met de juiste frequentie (of toonhoogte, de term die in de muziek wordt gebruikt). Staande golven verplaatsen zich niet, omdat zij in het instrument zijn opgesloten. Bijvoorbeeld, in een snaarinstrument zoals een gitaar of een viool, trilt de hele snaar, maar de golf verplaatst zich niet omdat hij gevangen zit in de snaar, en de snaar heeft eindpunten (waar hij vastzit aan het instrument, of wordt vastgehouden door de vinger van de muzikant). Omdat de uiteinden vastzitten, moet de amplitude op deze punten nul blijven, maar de amplitude in het midden van de snaar kan veranderen. Dit beperkt de mogelijke golflengtes van de snaar. De eigenschappen van de snaar, zoals de massa/lengte en de spanning, bepalen de snelheid, en de frequentie wordt bepaald uit de combinatie van golflengte en snelheid.

Harmonischen, of frequenties van staande golven, in een snaar.

Wat betekent snelheid? De staande golf ontstaat doordat de golf langs de snaar naar beneden beweegt, weerkaatst op de vaste uiteinden, van richting verandert en opnieuw weerkaatst… wanneer de frequentie/golflengte/snelheid allemaal overeenstemmen, versterken de golfweerkaatsingen elkaar, of interfereren ze constructief, wat resonantie wordt genoemd. Resonantie beschrijft in het algemeen een trilling die wordt versterkt door de bijzondere eigenschappen van de omgeving omdat ze overeenkomt met hun natuurlijke frequenties. Wanneer golven met de verkeerde golflengte terugkaatsen zullen zij een destructieve interferentie met zichzelf veroorzaken. Het resultaat is dat de snaar gemakkelijk kan trillen op zijn natuurlijke, resonerende frequenties, maar niet echt kan trillen op andere frequenties omdat die golven zichzelf opheffen. Zo zal een harp (een instrument met veel snaren) met je mee lachen, omdat sommige snaren overeenkomen met sommige frequenties in je lach en beginnen te resoneren, waardoor geluidsgolven in de lucht ontstaan. Hier is een 1 min durende video van het gebruik van resonantie om een glas te breken. Hier is een verbazingwekkende video die de locatie toont van 2-D staande golven met behulp van metalen platen en de strijkstok van een viool.