Big Bang HTL 3, Schulbuch

Schwingungen – Vertiefung 2 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) 21 Zusammenfassung Schwingungen gleicher Frequenz können einander maximal verstärken (konstruktive Interferenz) oder völlig auslöschen (destruktive Interferenz). Ist die Frequenz leicht unter- schiedlich, dann schwillt die Amplitude ständig an und wieder ab. Das nennt man eine Schwebung. Spring- und Nippflut Der Mond erzeugt durch die Gezeitenkräfte auf der Erde zwei Flutberge , einen auf der ihm zugewandten und einen auf der abgewandten Seite („Mondflut“). Aber auch die Sonne übt Gezeitenkräfte auf die Erde aus („Sonnenflut“). Dieser Effekt ist allerdings nur rund halb so groß . Wenn Sonne, Mond und Erde in einer Linie stehen, dann addieren sich beide Effekte und es entsteht eine besonders starke Flut (Abb. 2.34 oben), die Springflut ( F23 ). Wenn Mond, Erde und Sonne im rechten Winkel stehen, dann schwächen sich beide Effekte gegenseitig ab, und es entsteht die so ge- nannte Nippflut (Abb. 2.34 unten). Eine andere Erklärungsmöglichkeit ist mit Hilfe der Überla- gerung von Schwingungen. Sowohl der Mond als auch die Sonne erzeugen eine Schwingung der Meeresoberfläche. Die Schwingungsperiode der Sonnenflut liegt bei 12h (also genau einem halben Tag), die der Mondflut bei 12 : 26h (weil sich der Mond um die Erde dreht). Dadurch entsteht eine Schwebung , die wir durch Veränderung der Fluthöhe bemerken (Abb. 2.35). Von Nippflut zu Nippflut dauert es knapp 15 Tage, also einen halben Mondmonat (29,52 Tage). Weil beide Schwingungen nicht dieselbe Amplitude haben, sinkt die Gesamtamplitude nie ganz auf null ab. i Abb. 2.34: Bei Vollmond und Neumond ist die Flut am stärksten (Springflut), bei Halbmond am schwächsten (Nippflut). Abb. 2.35: Die Schwebung der Meeresober- fläche zwischen Vollmond und Neumond: Die Schwingung durch die Sonnenflut ist etwas schneller als die durch die Mondflut und dadurch entsteht eine Schwebung. Z 2.5 Eine Schwingung ohne Hakennase Komplizierte Überlagerungen von Schwingungen In diesem Abschnitt geht es darum, dass man einzelne Si- nusschwingungen zu wirklich komplizierten Schwingungen zusammensetzen, aber auch wieder auseinander nehmen kann. Es geht somit auch um deine Ohren und MP3-Musik. Sehen wir uns zunächst den Unterschied zwischen Ton, Klang und Geräusch an ( F25 ). Ein Ton ist eine reine Sinus- schwingung (Abb. 2.37 a). Er besteht also nur aus einer ein- zigen Frequenz und klingt langweilig und kalt. Im Alltag kommt ein einzelner Ton praktisch nicht vor. Man kann ihn nur elektronisch erzeugen. Alle Instrumente erzeugen näm- lich Klänge. Ein Klang entsteht durch die Überlagerung von mindestens zwei Schwingungen mit verschiedener Fre- quenz. In Abb. 2.37 siehst du den Klang einer Trompete (b) und eines Klaviers (c) aufgeschlüsselt. Welche Klanghöhe du wahrnimmst, hängt von der tiefsten Frequenz ab. Deshalb hörst du den reinen Ton und die bei- den Klänge in unserem Beispiel gleich. Was ist eigentlich der Unterschied zwischen einem Ton, einem Klang und einem Geräusch? Warum sind Geigenstars bereit, für eine Stradivari-Geige hundert- tausende Euro hinzublättern? Wie schwingt die Lautsprechermembran, wenn sie mehrere Töne gleichzeitig erzeugt? Kann sie wirklich gleichzeitig mit verschiedenen Frequenzen schwin- gen? Mit einem Synthesizer kann man den Klang von beliebigen Instrumenten wie Geige, Flöte oder E-Gitarre nachmachen. Aber wie funktioniert ein Synthesizer technisch? Abb. 2.36 zeigt das Schwingungsverhalten einer Lautsprechermembran. Was denkst du, welche der drei Schwingungen im Prinzip möglich sind? Was versteht man unter MP3? Und was ist der Vorteil des MP3-Formats gegenüber dem „normalen“ Format auf einer CD? F25 A2 F26 A2 F27 A2 F28 A2 Abb. 2.36: Welche dargestellten Schwingungen sind möglich? F29 A2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv