Waardoor verandert de toonhoogte in koffie?

KIJK-redactie

2014-12-29 09:00:02

“Wanneer ik in warme koffie met mijn lepeltje op de bodem tik, hoor ik de toonhoogte van het tikken oplopen”, mailt Leon van Vugt. “Als ik vervolgens roer, begint het weer met een lage toonhoogte. Hoe kan dat?”

Leon is niet de eerste die dat is opgevallen. De verklaring ervan is eigenlijk eenvoudig. De toonhoogte hangt af van de golflengte en de geluidssnelheid. De golflengte wordt bepaald door de afmetingen van het kopje. Voor bijvoorbeeld de grondtoon zal er een halve golf passen tussen de uiteinden van het trillende medium, net zoals bij een gitaarsnaar.

Die afmetingen veranderen niet tijdens het roeren. Het moet dus van de veranderende geluidssnelheid komen. Nu is de geluidssnelheid voor vaste stoffen en vloeistoffen afhankelijk van de stijfheid. Volgens de zogenoemde elasticiteitsmodulus is die evenredig met de wortel uit de stijfheid. Hoe stijver en dus minder samendrukbaar een substantie is, hoe sneller zullen plotselinge variaties in de dichtheid (want dat is wat geluidsgolven zijn) zich voortplanten.

Doordat de atomen of moleculen in vaste stoffen en vloeistoffen als het ware tegen elkaar aan liggen, zijn ze weinig samendrukbaar. De stijfheid is groot en de geluidssnelheid dus ook. Maar dat verandert drastisch als er luchtbelletjes of andere zachte stukjes in rondzweven. Denk aan een metalen staaf waar we, op de kopse kant, met een hamer op slaan: de geluidsgolf zal zich razendsnel naar het andere uiteinde verplaatsen. Maar als we de staaf doormidden zagen en er een stukje schuimplastic tussen zetten, zal die geluidsgolf ineens veel minder snel naar het andere eind gaan. Het schuimplastic zal de verstoring veel trager doorgeven dan het ijzer.

Wat er in de koffiekop gebeurt, is het volgende. Aanvankelijk zweven er luchtbelletjes of andere zachte stukjes in (bijvoorbeeld niet opgelost koffiemelkpoeder). Die verlagen de geluidssnelheid, dus zal de toon laag zijn. Die belletjes en zachte deeltjes verdwijnen geleidelijk, en naarmate de vloeistof ‘puurder’ wordt, zal de toonhoogte stijgen. Maar als we roeren en er komen opnieuw belletjes in de koffie – of andere zachte stukjes die loskomen van de bodem – dan beginnen we weer van voren af aan: eerst met een lage toon, die geleidelijk hoger wordt naarmate die ongerechtigheden verdwijnen.

Ook een vraag voor de rubriek ‘KIJK antwoordt’? Mail hem naar info@kijkmagazine.nl!

Tekst: Jo Hermans










Meer Nieuws