2.4 Akustik Durch Hören und Sehen können wir uns in der Welt orientieren, mit anderen kommunizieren. Über Licht und Schall wird ständig Information an uns herangetragen. Schallwellen können wir nicht nur wahrnehmen, sondern auch selbst produzieren und damit Informationen austauschen. Im Folgenden befassen wir uns mit Grundlagen der Akustik, der Lehre vom Schall. Entstehung von Schallwellen Experiment: Was sind Schallwellen? 56.1 E2 Du brauchst: eine geeignete Blattfeder, eventuell einen Schraubstock Spanne die Blattfeder in einen Schraubstock (oder halte sie einfach fest) und versetzte sie in Schwingung. Beschreibe und protokolliere deine Beobachtungen. Wenn die Schwingung der Blattfeder rasch genug erfolgt, hörst du einen Ton. In Zeitlupe betrachtet würde das so aussehen: Die ausschlagende Feder presst die angrenzende Luftschicht zusammen. Dadurch steigt in dieser Luftschicht der Druck. Auf der Rückseite des Federblatts kommt es zu einer Verdünnung der Luft, und der Druck wird kleiner. Die Schwingung der Feder bewirkt, dass die Luft periodisch verdichtet und verdünnt wird, es also zu einer periodischen Änderung des Luftdrucks kommt. Diese Druckänderung breitet sich im Raum als Druckwelle aus. Wenn die Schwingungsfrequenz der Feder etwa 20 Hz übersteigt, dann nehmen wir diese Druckwelle als Schall wahr. Druckwellen können sich in jedem Medium ausbreiten. Schallwellen transportieren Energie und nicht Materie. Schallwellen sind periodische Verdichtungen bzw. Verdünnungen eines Mediums. Das Medium kann fest, flüssig oder gasförmig sein. Schallwellen sind Longitudinalwellen. Untersuche, überlege, forsche: Schallquellen 56.1 Wie erzeugt man Schall auf unterschiedliche Arten? S1 a) Bildet Teams, von denen jeweils ein Team einen bestimmten Typ von Schallquellen genauer beschreibt (z. B. Blasinstrumente, Tierlaute, …). E1 b) Analysiert die Geräusche, Töne usw. mit geeigneter Software bzw. einer App und vergleicht eure Ergebnisse. Wenn der Schall durch Schwingungen in einem festen, flüssigen oder gasförmigen Körper entsteht, dann darf es im Vakuum keinen Schall geben. Dies ist auch tatsächlich der Fall, wie Experimente zeigen, welche erstmals von RoberT Boyle im 17. Jahrhundert ausgeführt wurden. Experiment: Schallausbreitung im Vakuum 56.2 Du brauchst: Eine Vakuumpumpe, eine Vakuumglocke, einen Wecker, ein Handy, einen Behälter mit Wasser, einen wasserdichten Behälter für das Handy E2 a) Zeige mit den gegebenen Geräten, dass es im Vakuum keine Schallausbreitung gibt. Plane dafür ein Experiment und führe dies durch. W4 b) Welche Konsequenzen hat diese Erkenntnis für Astronautinnen und Astronauten, die am Mond gelandet sind bzw. landen werden? E1 c) Gib ein Handy in einen wasserdichten Behälter, lege ihn ins Wasser und rufe das Handy an. Beschreibe und interpretiere deine Beobachtungen. Untersuche, überlege, forsche: Schallausbreitung 56.2 S3 Jemand bezweifelt, dass Schall sich auch in festen Körpern ausbreiten kann. Überlege dir zwei Gegenargumente und diskutiere. 56.3 S3 Die Schallgeschwindigkeit ist in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern verschieden. Überlege, was der Grund dafür sein könnte. In welchem Medium wird die Schallgeschwindigkeit am größten sein? Begründe deine Antwort. 56.1 Eine Blattfeder wird festgehalten und zum Schwingen gebracht. 56.2 Eine Maultrommel besteht aus einem festen Rahmen und einer Blattfeder. Die Maultrommel wird in den Mund geschoben und die Blattfeder mit einem Finger zum Schwingen angeregt. Durch Verändern der Form der Mundhöhle entstehen verschiedene Töne. 56.3 RoberT Boyle hängte einen Wecker mit einem kräftigen Läutwerk an einem dünnen Faden in ein Glasgefäß und pumpte die Luft aus. Er schreibt: „Wir waren ganz still und warteten auf den Moment, in dem das Läutwerk zu klingeln anfangen sollte, und waren zufrieden, als wir den Wecker überhaupt nicht hörten. Erst als wir voller Spannung anordneten, etwas Luft in das Gefäß zu lassen, hörten wir das Läutwerk.“ 56 Wellen 2 Mechanische Wellen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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