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| − | =Aufgaben zur Akustik= | + | =Zeigermodell und Wellengleichung einer ebenen harmonischen Welle= |
| − | ==Schallquellen==
| + | [[Bild:Welle_Phasenverschiebung.png|thumb|right|325px|Die Welle breitet sich nach rechts aus. Links sind die rotierenden Zeiger von A und B zu sehen. Die Schwingungen B, C,... hinken dem linken Nachbar jeweils um <math>2\pi / 8</math>, also 45° hinterher. (Aus den [http://www.geogebra.org/de/upload/files/dynamische_arbeitsblaetter/lwolf/wellen/welle2.html dynamischen Arbeitsblättern zur Wellenlehre].)]] |
| − | 1) Nenne einige Möglichkeiten Schall zu erzeugen. Was haben alle diese Möglichkeiten gemeinsam?
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| − | 2) Wie kann man die Schwingung einer Stimmgabel sichtbar machen?
| + | Im Falle einer räumlich unbegrenzten, linearen harmonischen Welle kann man die Welle relativ einfach beschreiben. In einer solchen Welle sind alle Schwingungen harmonisch und die Welle breitet sich nur längs einer Raumrichtung aus. Kugelwellen, Kreiswellen oder Zylinderwellen sind also keine solchen Wellen, ebene Wellen schon. Außerdem werden räumlich begrenzte Wellenpakete ausgeschlossen. |
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| − | 3) Erkläre mit Text und Bild wie eine Schallplatte funktioniert.
| + | Bei einer Welle regt eine Schwingung ihren Nachbarn in |
| − | | + | Ausbreitungsrichtung zu erzwungenen Schwingungen an. Alle schwingen mit |
| − | 4) Was macht man bei einer Pendeluhr, wenn sie ständig vor geht?
| + | der gleichen Frequenz und der gleichen Amplitude. Die Schwinger hinken aber in |
| − | | + | Ausbreitungsrichtung der ursprünglichen Schwingung hinterher, wodurch |
| − | 5) Ein Ton hat eine Frequenz von 100 Hz, ein anderer von 500 Hz. Wie unterscheiden sich die beiden Töne, wenn du sie hörst?
| + | sich eine Phasenverschiebung ergibt. Im Abstand einer halben |
| − | | + | Wellenlänge beträgt sie gerade <math>\pi</math>, so dass die Schwingungen gegenphasig sind, bei einer ganzen Wellenlänge sind es <math>2 \ \pi</math>, womit die Schwingungen wieder in Phase sind. |
| − | 6) Erkläre den Begriff "Amplitude" an einem Beispiel.
| + | <br style="clear: both" /> |
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| − | 7) Ein Pendel schwingt mit einer Amplitude von 10cm und einer Periodendauer von 0,5 Sekunden. Erkläre mit Hilfe einer Zeichnung und einem Text was das bedeutet.
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| − | 8) Mit einer verrußten Glasplatte wird die Schwingung einer Stimmgabel aufgezeichnet.
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| − | ::Mit welcher Amplitude und mit welcher Frequenz schwingt die Stimmgabel?
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| − | :::[[Datei:Aufgabe Wellenlinien Amplitude Frequenz Ton.png|thumb|407px|none|Die Wellenlinie der Stimmgabel.]]
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| − | ::Danach ändert man den Versuch zweimal ab und erzeugt zwei andere Wellenlininen.
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| − | ::Wie verändert sich der hörbare Ton gegenüber dem ersten Versuch?
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| − | ::Wie hat man wohl die anderen Wellenlinien erzeugt?
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| − | :::[[Datei:Aufgabe Wellenlinien Amplitude Frequenz Ton1.png|thumb|407px|none|Die erste Veränderung.]]
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| − | :::[[Datei:Aufgabe Wellenlinien Amplitude Frequenz Ton2.png|thumb|407px|none|Die zweite Veränderung.]]
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| − | 9) Ein Lautsprecher erzeugt zunächst einen leisen, hohen Ton. Dann werden die Einstellungen am angeschlossenen Sinusgenerator verändert und der Ton ist lauter. Was wurde verändert?
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| − | 10) a) Zeichne mit roter Farbe in ein Koordinatensystem die Wellenlinie einer Schwingung mit einer Amplitude von 3cm und einer Periodendauer von 0,2 Sekunden.
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| − | :b) Zeichne dann mit blauer Farbe die Wellenline der Schwingung mit doppelter Frequenz aber halber Amplitude ein.
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| − | 11) Auf den Bildern siehst du die Aufzeichnungen verschiedener Klänge und Geräusche. Schreibe darunter wie der Klang / das Geräusch erzeugt worden ist.
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| − | <gallery widths=200px heights150px perrow=3 > | + | |
| − | Bild:Stimmgabel Oszilloskop.jpg|
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| − | Bild:Knall.jpg|
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| − | Bild:Stimmgabel Überlagerung.jpg|
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| − | Bild:U.jpg
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| − | Bild:A.jpg
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| − | Bild:E.jpg
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| − | Bild:I.jpg
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| − | Bild:O.jpg
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| − | </gallery> | + | |
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| − | ==Schallausbreitung==
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| − | '''1)''' Warum kann man im Weltall nichts hören? Welchen Versuch haben wir dazu gemacht?
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| − | '''2)''' Dein Nachbar spielt drei Stockwerke über dir Klavier. Du hörst es laut und deutlich, auch wenn die Fenster geschlossen sind. Woran liegt das? Auch dazu haben wir ein Experiment gemacht. Beschreibe es.
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| − | '''3)''' Mache mehrere Zeichnungen von einer Spiralfeder, die zeigen, wie sich der Schall ausbreitet.
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| − | '''4)''' Der Schall hat eine Geschwindigkeit von ca. 340 m/s. Ist es dabei egal, ob der Schall laut/leise hoch oder tief ist? Woher weißt du das?
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| − | '''5)''' Zehn Sekunden nachdem du den Blitz siehst, kannst du den Donner hören. Wie weit ist das Gewitter entfernt? Rechne einmal mit der einfachen Gewitterregel und einmal mit der Schallgeschwindigkeit von 340 m/s.
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| − | '''6)''' Ein Gewitter ist zwei Kilometer entfernt. Welche Zeit vergeht zwischen dem Blitz und dem Donner?
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| − | '''7)'''
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| − | '''8)''' Bei einer Messung der Schallgeschwindigkeit mit einem Echo hat man folgende Messwerte:
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| − | Strecke vom Ausgangspunkt bis zur Wand: 55m
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| − | Laufzeiten(in sec): 0,31 0,29 0,35 0,33
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| − | ::Bestimme daraus den gemessenen Wert für die Schallgeschwindigkeit.
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| − | ==Ohr und Lärm==
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| − | #Zeichne ein menschliches Ohr im Querschnitt und benenne die einzelnen Teile.
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| − | #Erkläre wie das Hören des Ohres funktioniert.
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| − | #Schall der laut ist, muss nicht als Lärm empfunden werden und umgekehrt kann ganz leiser Schall sehr störend sein. Finde passende Beispielsituationen.
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| − | #Antonia benutzt eine spezielle Pfeife, um ihren Hund zu rufen. Wenn sie hineinpustet hört sie nur ein leises Pfeifen, dann kommt er gleich angerannt, auch wenn er weit weg war. Antonias Opa dagegen hat von der Pfeife überhaupt nichts gehört. Erkläre!
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| − | #Ein Schallpegelmessgerät misst die Lautstärke in einem Klassenzimmer zu 60db. Erkläre die Bedeutung des Messwertes, indem du erklärst was 0db sind und wieviel mal lauter 60db sind.
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| − | #Ab welcher Lautstärke können Hörschäden auftreten?
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| − | #Warum ist es so leise, wenn Schnee gefallen ist?
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| − | #Mache je eine Zeichnung wie sich der Schall von einem sprechendem Menschen in einem Klassenzimmer ausbreitet:
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| − | ##Ein Zimmer ohne Schalldämmung.
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| − | ##Ein Zimmer mit Schalldämmung an der Decke.
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| − | ##Ein Zimmer mit Schalldämmung an Decke und einer Wand.
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| − | #Erkläre, warum man sich in einem Zimmer ohne Schalldämmung so schlecht unterhalten kann.
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Im Falle einer räumlich unbegrenzten, linearen harmonischen Welle kann man die Welle relativ einfach beschreiben. In einer solchen Welle sind alle Schwingungen harmonisch und die Welle breitet sich nur längs einer Raumrichtung aus. Kugelwellen, Kreiswellen oder Zylinderwellen sind also keine solchen Wellen, ebene Wellen schon. Außerdem werden räumlich begrenzte Wellenpakete ausgeschlossen.
Bei einer Welle regt eine Schwingung ihren Nachbarn in
Ausbreitungsrichtung zu erzwungenen Schwingungen an. Alle schwingen mit
der gleichen Frequenz und der gleichen Amplitude. Die Schwinger hinken aber in
Ausbreitungsrichtung der ursprünglichen Schwingung hinterher, wodurch
sich eine Phasenverschiebung ergibt. Im Abstand einer halben
Wellenlänge beträgt sie gerade [math]\pi[/math], so dass die Schwingungen gegenphasig sind, bei einer ganzen Wellenlänge sind es [math]2 \ \pi[/math], womit die Schwingungen wieder in Phase sind.
