Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

b Die Schallgeschwindigkeit Wie schnell breitet sich Schall aus? Mit harmonischen Eigenschwingungen kann man die Schallgeschwindigkeit ermitteln. Eine einfache Vorrichtung ist die Kundt’sche Röhre . Experiment: Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft 53.1 Du brauchst: eine Kundt’sche Röhre (waagrecht liegende, beidseits offene Glas- röhre; Korkstoppel zum Verschließen), Korkmehl oder feinen Sand, einen Tongene- rator, einen Lautsprecher. Verbinde den Lautsprecher mit dem Tongenerator und stelle ihn an das offene Ende der Kundt’schen Röhre. Verschließe das andere Ende mit dem Korkstoppel. E 1 a) Ändere kontinuierlich die Frequenz. Protokolliere deine Beobachtung. E 1 b) Bei bestimmten Frequenzen entstehen in regelmäßigen Abständen Stel- len, an denen die Schwingung besonders heftig ist (Schwingungsbäuche) und da- zwischen solche, an denen der Sand liegen bleibt (Schwingungsknoten). Die Luft in der Röhre wird offensichtlich zu Eigenschwingungen angeregt und in der Röhre entstehen stehende Wellen, d. h. es kommt zur Resonanz zwischen Erreger und Luftsäule (vgl. dazu S. 58). Wähle eine stehende Welle und miss den Abstand λ /2 zwischen den Knotenpunkten. Damit kennst du die Wellenlänge des Schalls. Die Frequenz f kannst du direkt am Tongenerator ablesen. Berechne die Schallge- schwindigkeit: c = λ · f Die Schallgeschwindigkeit hängt von der Temperatur ab und nimmt mit steigender Temperatur zu: In Luft beträgt sie bei 0 °C 331m/s , bei 20 °C 343m/s . Zwischen Sommer und Winter können Unterschiede bis zu 50m/s auftreten! Die Schallgeschwindigkeit in Luft bei 20 °C beträgt ca. 340m/s, in Wasser liegt sie etwa bei 1 483m/s, in Eisen bei 5 180m/s. Sie ist unabhängig von der Frequenz der Schallwelle und wächst mit steigender Temperatur. c Tonhöhe und Frequenz Welcher Zusammenhang besteht zwischen Tonhöhe und Frequenz? Welche Fre- quenzen können wir hören? Experiment: Tonhöhe und Frequenz 53.2 E 1 Du brauchst: verschiedene Stimmgabeln, ein Oszilloskop, ein Mikrofon Schlage die Stimmgabeln der Reihe nach an und beobachte die Schwingungen am Oszilloskop. Wie hängt die Tonhöhe und das Bild am Oszilloskop zusammen? Dieses Experiment (und die Experimente 55.1 und 57.1) kannst du auch mit Hilfe ei- nes Computers/Smartphones und einer geeigneten Software durchführen. Mehr dazu findest du unter physikplus.oebv.at . Experiment: Hörbereich 53.3 E 2 Du brauchst: einen Tongenerator, einen Lautsprecher Teste deinen Hörbereich! Bei welchen Frequenzen kannst du den Ton gerade noch hören? Teste deine Kolleginnen und Kollegen! Das Experiment zeigt, dass man üblicherweise Töne in einem Frequenzbereich zwischen 20Hz und 20 000Hz hört. Individuell können die Hörgrenzen sehr unter- schiedlich sein. Ältere Menschen oder Menschen mit Hörproblemen hören hohe Töne weniger gut. Das Experiment zeigt auch, dass sich die Tonhöhe nicht ändert, wenn wir die Laut- stärke erhöhen. 53.1 Ein Mobiltelefon – oder ein Wecker – unter der Vakuumglocke Bewegungsbauch Bewegungsknoten 53.2 Wellenlängenmessung von Schall mit der Kundt’schen Röhre Mensch Delphin Fledermaus Frequenz in Hz 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 10 0 Infraschall Wahrnehmung Erzeugung Hörschall Ultraschall 20....20 000 85....1 100 150....150 000 7 000....120 000 1 000....120 000 10 000....120 000 53.3 Im Allgemeinen ist der Frequenzbereich, in dem Wahrnehmung (violetter Balken) mög- lich ist, viel größer als jener, in dem Laute her- vorgebracht werden (rot). Außerdem haben Menschen andere Hörbereiche als Tiere. 53 | WELLEN Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv