Big Bang HTL 3, Schulbuch

Wellen – Vertiefung 3 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) 29 Erinnere dich: Die Höhe, die du von einem Klang wahr- nimmst, kommt von der Grundfrequenz, die Klangfarbe hängt von seinem Frequenzspektrum ab, also von Anzahl und Intensität der Obertöne (Abb. 2.37, S. 22). Info: Die Sonne ist ein Riesengong Experiment: Flötenspielen unter Wasser Abb. 3.12: Grund- und Oberwellen in offenen und gedeckten Orgel- pfeifen am Beispiel eines Grundtons mit 440Hz (Kammerton a): Die Schwingungen sind longitudinal, aber zur besseren Übersicht ist auch die Schwingungsamplitude eingezeichnet. Die Sonne ist ein Riesengong Auch in Seen können stehende Wellen mit rund 1m Höhe entstehen. Man nennt sie Seiches (sprich „ßäsch“). Diese werden aber nicht durch die Gezeiten ausgelöst ( F11 ), sondern durch Wind, Druckschwankungen oder Beben- wellen. Aus allen Frequenzen verstärkt der See nur be- stimmte – wie bei der Flasche. Die Schwingungsdauer eines Seiches lässt sich einfach ab- schätzen. Der Bodensee ist rund 50 km lang und hat eine durchschnittliche Wassertiefe von 90m. Eine Flachwasser- welle kann sich daher mit 30m/s (= 108 km/h) ausbreiten ( v = √ ___ g · d ; siehe Abb. 12.19, NAWI 1). Für einmal Hin- und Zurückschaukeln benötigt die Welle daher rund eine Stunde. Auch die Sonne wirkt als Resonanzkörper für Schall- wellen, die durch die Kon- vektion im Sonneninneren erzeugt werden und eine verwirrende Vielfalt von Mustern stehender Wellen bilden (Abb. 3.14). Die Sonne ist also eine Art 3-dimensio- naler Riesengong. i Abb. 3.13: Stehende Welle in einem See: In diesen passt eine halbe Welle, wie in eine offene Orgelpfeife. Abb. 3.14: Das komplexe Muster der stehenden Wellen auf der Sonnenoberfläche Zusammenfassung Zwei gleiche, aber gegenläufige Wellen erzeugen eine ste- hende Welle. Wellenknoten und -bäuche befinden sich dann immer an denselben Stellen. Im Alltag spielt das vor allem in der Akustik eine Rolle – und im Mikrowellenherd, wenn kein Drehteller vorhanden ist. 3.3 Autoraser und Schwarze Löcher Doppler-Effekt Zum Schluss geht es darum, wie man Autoraser messen kann, wie man Schwarze Löcher entdeckt und warum ein Überschallflugzeug knallt! Ein vorbeirasendes Auto macht iiiiiiuuuuuuu. Beim Annähern ist das Ge- räusch hoch, beim Entfer- nen plötzlich tief ( F13 ). Warum das so ist, kann man anhand von Kreis- wellen im Wasser gut verstehen. Flötenspielen unter Wasser Mit einer alten Blockflöte , die beim Spielen ins Wasser getaucht wird (siehe Abb. 3.15), lässt sich zeigen, dass die Tonhöhe von der Länge der schwingenden Luftsäule abhängt. Alle Löcher werden mit den Fingern zugehalten oder mit Klebeband ver- schlossen. Der Ton wird höher, wenn du die Flöte tiefer ins Wasser tauchst. Es handelt sich hier um eine gedeckte Pfeife mit der Grundfrequenz f = c __ 4 l . e Abb. 3.15 Z Jeder kennt es, aber wie funktioniert eigentlich das Geschwindigkeitsradar im Straßenverkehr? L Das Geräusch eines schnell vorbeifahrenden Autos, etwa in der Formel-1, klingt irgendwie so: iiiiiiuuuuu. Kannst du das Geräusch genauer mit Worten be- schreiben? Und wie kommt es dazu? Wie kann man Schwarze Löcher entdecken, wenn sie doch unsichtbar sind? Was versteht man unter der Schallmauer und was ist ein Überschallknall? F12 A2 F13 A2 F14 A2 F15 A1 Abb. 3.16: Wasserläufer Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv