Het trommelvlies (biofysica)

Onderwerp: Beeld en geluid, Biofysica (vwo), Geluid, Menselijk lichaam (havo)

Het trommelvlies: krachten en vermogen

Deze opgave komt uit de lesmethode Overal Natuurkunde 5 vwo, uit het keuzehoofdstuk Biofysica. Uitgeverij: Noordhoff Uitgevers bv.

Berekenen van krachten op het trommelvlies

De normale buitenluchtdruk is ongeveer 1,01 · 105 Pa. Je trommelvlies is (vrijwel) rond met een diameter van ongeveer 10 mm.

Vraag a. Bereken de kracht die van één kant op het trommelvlies werkt.

r=12d=1210=5 mm

A=πr2=3,1452=79 mm2=7,9105 m2

F=pA=1,011057,9105=8 N

Het zachtste geluid dat je kunt horen – de zogenaamde gehoordrempel – bestaat uit drukverschillen van 2 · 10−5 Pa.

Vraag b. Bereken de resulterende kracht, die je trommelvlies bij dit geluid ondervindt.

Er geldt:

Fres=FbuitenFbinnen=pbuitenApbinnenA=

(pbuitenpbinnen)A=ΔpA

Fres=21057,9105=2109 N

Berekenen van het vermogen bij het trommelvlies

Tijdens een popconcert sta je op 15 m van een geluidsbox, die een elektrisch vermogen gebruikt van 175 W en een geluidsrendement heeft van 0,012. Je trommelvliezen kun je beschouwen als een rond vlies met een diameter van 10 mm.

Vraag c. Bereken hoeveel geluidsenergie elk trommelvlies per seconde ontvangt.

η=PnutPgebr=PgeluidPel=0,012

Pgeluid=0,012Pel=0,012175=2,1 W

I=P4πr2=2,14π152=7,43104 W/m2

Per vierkante meter valt er dus 7,43 · 10−4 W op je trommelvlies.

De oppervlakte van het trommelvlies is:

A=πr2=π5,02=78,5 mm2=7,85105 m2

Het ontvangen geluidsvermogen is dus:

P=IA=7,431047,85105=5,8108 W