Vaderlandsche letteroefeningen. Jaargang 1809

Verslag van eenige proeven op de voortplanting van het geluid door vaste ligchamen en door de lucht in zeer lange cilindrische pijpen. Door den Heer Biot, Lid van het Instituut.

Bekend is het, dat de voortplanting van het geluid in de lucht geschiedt door de spoedige en achtervolgende verdikkingen en uitzettingen der deelen dier vloeistoffe. Deze deeltjes, met eene volkomene veerkracht begaafd, moeten aangemerkt worden als zoo vele kleine veren, die op elkander rusten. Indien men de eerste veer drukke, en vervolgens dezelve zich laat ontspannen, drukt zij op hare beurt de volgende veer, die het daarna de daarop volgende doet, en aldus gaat de drukking van veer tot veer tot aan de laatste voort, in eenen tijd, die van derzelver meerdere of mindere veerkracht afhangt. Het is volmaakt op deze wijze, dat de kleine schuddingen worden voortgeplant, in de lucht veroorzaakt door de ligchamen, welke men laat slingeren. De verdikkingen en uitzettingen, welke deze ligchamen doen ontstaan in de naast bij gelegene luchtdeeltjes, deelen zich algaande weg aan alle de deeltjes mede, in denzelfden geluidgevenden straal gelegen, zonder dat deze eene merkbare verplaatsing ondergaan. Maar alle

[p. 285]

de schuddingen der lucht, hoewel op dezelfde wijze kunnende worden voortgezet, zijn, echter, niet altijd bekwaam om geluid te kunnen voortbrengen. Zij moeten daarenboven met eene zeer groote snelheid geschieden; en het is hierin, dat het geluid onderscheiden is van den wind, die evenwel ook op soortgelijke wijze wordt voortgeplant, door achtereenvolgende drukkingen en verdikkingen, van eene merkbare verplaatsing der deeltjes verzeld.

Daar het uit een oneindig getal proeven blijkt, dat de laatste deeltjes zelfs der vastste ligchamen met eene zeer sterke veerkracht zijn begaafd, laat het zich begrijpen, dat de schuddingen, welke men aan dezelve indrukt, op dezelfde wijze midden door derzelver zelfstandigheid moeten worden voortgezet; het geluid moet derhalve ook worden voortgeplant midden door de vaste ligchamen, met eene meerdere of mindere snelheid, naar gelange der veerkrachtigheid van derzelver deeltjes; dit steunt op de ondervinding. De Mijngraver, zijne galerij delvende, hoort het kloppen van den Tegenmijnwerker, en oordeelt daaruit over den weg, dien hij volgt. Het is aldus, dat de steen, het hout, de metalen, het water zelfs het geluid voortplanten; en franklin verzekert, onder het water, op den afstand van eene halve mijl, het geluid van twee steenen gehoord te hebben, welke men tegen elkander sloeg.

Volgens naauwkeurig gedane waarnemingen door de oude Akademie (der Wetenschappen) is de snelheid des geluids in de lucht 334 ^m. 02 (171 toises^(*)) in eene sekonde, in de temperatuur van smeltend ijs, en op de hoogte van den Barometer gelijk aan 0^m. 76. Dezelve vermeerdert 1/530 voor elken graad van den honderdmatigen Thermometer boven deze temperatuur. Daarenboven heeft men bevonden, dat de zware en scherpe, de sterke en zwakke geluiden met dezelfde snelheid worden voortgeplant; iets, hetwelk overeenstemt met de wiskundige beschouwing van de beweging der lucht.

Veel sneller is de voortplanting van het geluid door de vaste ligchamen. Duidelijk blijkt dit door de proeven, door vele natuurkundigen, om zich daaromtrent te vergewissen, genomen; maar deze proeven werden op te

(*) Van zes voeten of halve Hollandsche roeden.

[p. 286]

kleine afstanden genomen, om tot maatstaf dezer snelheid te dienen, of zelfs om er een naauwkeurig denkbeeld van te geven.

Het maken van waterleidingen en geleibuizen, aan welke men thans, ter verfraaijing van de hoofdstad (Parijs) werkt, hebben mij het middel verschaft tot het doen van proeven van dezen aard, op eene veel grooter uitgestrektheid, dan die allen, van welke andere natuurkundigen zich hebben kunnen bedienen. Der opmerkinge waardig was het daarenboven, de uitwerksels en de uitgebreidheid der menschelijke stem te kennen in zeer lange rolronde of Cilindrische buizen.

Het zijn gegoten buizen, op welke ik mijne proeven heb genomen. Te zamen genomen maken zij eene lengte uit van 951 metres, of 488 toises, zonder eenige tusschenruimte. In de laatste buis heb ik een ijzeren ring doen plaatsen, van dezelfde wijdte als de buis zelve, houdende in het middelpunt een klokje en een hamer, dien men naar believen konde laten vallen. De hamer, op het klokje slaande, sloeg insgelijks tegen de buis, met welke hij gemeenschap had door de aanraking van den ijzeren ring. Men moet derhalve aan het andere einde twee klanken hooren, den eersten door het metaal, den anderen door de lucht voortgeplant.

Inderdaad hoorde men dezelve onderscheidenlijk, door het oor tegen de buis, en zelfs zonder het daar tegen te houden; zij schenen gelijkluidend te zijn. Hamerslagen tegen de laatste buis hebben insgelijks deze dubbele voortplanting veroorzaakt. Door middel van een horologie van halve sekonden heb ik den tusschentijd der twee voortgezette klanken zorgvuldig waargenomen, en door meer dan tweehonderd proeven is het mij gebleken, dat dezelve 2″,5 was; waaruit volgt, dat de twee geluiden, hoewel gelijktijdig ontstaan, in hunnen voortgang zich van elkander scheiden, en op den afstand van 951 metres het geluid, door de buis voortgezet, het andere, door de lucht overgebragt, reeds 2″,5 was vooruitgeloopen. Volmaakt hetzelfde was dit onderscheid ten aanzien der klanken, door het klokje veroorzaakt, en van die door den hamer werden voortgebragt. Nogtans waren de toonen zeer onderscheiden. Hieruit volgt, dat, ten aanzien der vaste ligchamen en der lucht, de hoedanigheid van het geluid deszelfs snelheid niet verandert.

[p. 287]

Gedurende de proefneming stond de honderdmatige (centesimaal) Thermometer op 11^o, en de Barometer nagenoeg op 0,76. In deze omstandigheden moest, volgens de proeven der Akademie, het geluid, door de lucht voortgezet, om van het eene einde der buis tot het andere te komen, 2″,79 besteden. Derhalve, daar wij 2″,5 voor den tusschentijd der twee klanken gevonden hebben, is het duidelijk, dat het verschil van deze twee getalen, of 0″,29, de tijd is, welken het geluid besteed heeft om door de buis te komen; zoodat het, tot dezen voortgang, een weinig minder dan een derde gedeelte van eene sekonde noodig heeft gehad.

Nog op eene andere wijze heb ik mij omtrent dezen uitslag vergewist. Den Heer martin, Chronometermaker, heb ik met een horologie met halve sekonden aan het einde der buis geplaatst; ik zelve plaatste mij aan het andere einde met een even gelijk horologie, met het eerste zorgvuldig vergeleken. Zoo dikmaals dit 0″ of 30″ wees, deed men eenen slag met den hamer op de eerste buis; zorgvuldig nam ik het oogenblik waar, waarin het geluid tot mij kwam, en als mijn horologie 15″ of 45″ wees, antwoordde ik met dergelijk een slag. Ligtelijk ziet men, dat de somme der getalen, door de twee horologien aangewezen, in twee elkander kruisende en achtereenvolgende waarnemingen, het dubbel van den tijd geeft, welken het geluid tot zijne voortzetting noodig heeft. Maar, wanneer ik deze manier toepaste op de twee geluiden, die door het metaal en door de lucht werden voortgeplant, heb ik voor het eerste geluid gevonden 0″,26, een verschil van slechts 3/500 van eene sekonde van den gegeven uitslag door den tusschentijd der twee geluiden; en ik heb 2″,76 gevonden voor den tijd der voortzetting door de lucht: een verschil van niet meer dan 1/100 van den uitslag, door de Akademie gevonden. De overeenkomst in den uitslag dezer waarnemingen ten genoegzamen bewijze van derzelver naauwkeurigheid verstrekkende, moet men er uit besluiten, dat het geluid tien en een half maal zoo snel door gegoten metaal als door de lucht wordt voortgezet.

Onder het doen van deze proeven, heb ik gelegenheid gehad verscheiden merkwaardige verschijnsels op te merken, betreffende de gemakkelijkheid, met welke zelfs de flaauwste klanken stand houden en voortgaan

[p. 288]

in Cilindrische buizen, tot op afstanden, op welke men bezwaarlijk zich zoude verbeelden dat zij nog konden gehoord worden.

Om in deze waarnemingen door geenerlei gedruisch van elders gestoord te worden, heb ik de stilste uren van den nacht verkozen, van een uur tot 's morgens ten vier ure, en ik heb dezelfde daadzaken verscheiden nachten achter een waargenomen.

Ik heb gezegd, dat de geheele lengte van het kanaal was 951 metres, of 488 toises. Op dezen afstand hoorde men niet alleen de twee klanken van den hamer en het klokje duidelijk genoeg om dezelve te kunnen waarnemen, maar de flaauwste stem werd zoodanig gehoord, dat men de woorden duidelijk konde verstaan, en men een aaneengeschakeld gesprek konde houden over alle de voorwerpen der proeven. Ik wilde den toon waarnemen, op welken de stem ophield merkbaar te zijn; doch dit wilde mij niet gelukken. Woorden, zoo zacht gesproken, alsof men elkander iets inluistert, werden gehoord en verstaan, zoodat er, om elkander niet te verstaan, slechts één middel zoude geweest zijn, - in het geheel niet te spreken. Deze manier van zamenspreken met een onzigtbaren buurman, op den afstand van bijkans een vierde gedeelte van eene mijl zich bevindende, is zoo zonderling, dat, zelfs wanneer de oorzaak daarvan bekend is, men niet kan nalaten er over verbaasd te staan.

Geenen twijsel lijdt het derhalve, dat men tot op eenen veel grooter afstand woorden zoude kunnen overbrengen en terug ontvangen. Tusschen eene vraag en het antwoord zoude er niet meer tijds verloopen, dan dien het geluid tot zijnen voortgang noodig heeft. Voor mij was op den afstand van 951 metres (244 Hollandsche roeden) die tijd niet meer dan ten naasten bij zes sekonden.

Van nieuws is mij insgelijks gebleken, dat de zware en scherpe klanken even snel voortgaan. Het spelen op de fluit aan het eene einde van het kanaal kwam onveranderd tot het andere einde. Alleen miste ik somtijds de zeer scherpe klanken, die geheel verdwenen.

Ik heb opgemerkt, dat, wanneer men in de buis spreekt, men den weergalm van zijne eigen stem zesmaal hoort. De tusschenpoozen dezer weerklanken zijn allen aan elkander gelijk, en nagenoeg eene halve sekonde.

[p. 289]

De laatste Echo keerde in een weinig minder dan drie sekonden terug, dat wil zeggen, in even veel tijds, als het geluid, om het andere einde te bereiken, besteedde. Maar de persoon, welke aan dit einde staat, en met wien men spreekt, hoort slechts één geluid.

De ontplossingen, bekwaam om in de lucht eene aanmerkelijke trilling voort te brengen, worden tot aan het andere einde der buis voortgezet, met eene zwaarte, aan derzelver kracht evenredig. Pistoolschoten aan een der einden veroorzaken, aan het andere einde, na verloop van 3″, een zeer zwaren slag. De lucht wordt uit de buis gedreven met genoegzame kracht om op de hand een zeer gevoeligen schok te doen ontstaan, om ligte ligchamen uit de buis te drijven, en om kaarsen uit te blusschen, die voor de opening worden gehouden.