Schallausbreitung

Versuch: Eine Klingel ohne Luft

Die Klingel in der Vakuumglocke.

Aufbau

1) Eine elektrisch betriebene Klingel wird angeschaltet und auf einen Schwamm gelegt. Man kann die Klingel auch an den Anschlusskabeln in der Glasglocke aufhängen.

2) Dann wird die Glasglocke darübergestülpt und die angeschlossene Vakuumpumpe eingeschaltet.

Nach ca. einer Minute wird die Pumpe wieder ausgeschaltet, denn sie ist recht laut.

Jetzt lauscht man nach der Klingel. Man kann auch ein Ohr an die Glasglocke legen, um besser zu hören.

3) An der Unterseite der Grundplatte öffnet man kurz einen Hahn und schließt ihn wieder. Schließlich öffnet man ihn ganz.

Beobachtung

1) Die Klingel ist gut zu hören.

2) Unter der Glasglocke ist die Klingel nur noch leise zu hören.

3) Nachdem die Pumpe die Luft herausgesaugt hat, ist die Klingel (fast) gar nicht mehr zu hören. Legt man das Ohr an die Glocke, so hört man die Klingel etwas besser.

Öffnet man den Hahn, so zischt es. Danach ist die Klingel wieder etwas zu hören. Nachdem der Hahn ganz geöffnet ist, hört man die Klingel wieder gut.

Folgerung

Die Schwingungen der Klingel erzeugen Schall, der sich durch die Luft bis zu unserem Ohr ausbreitet. Die Glasglocke hindert den Schall sehr stark daran zu unserem Ohr zu gelangen, aber sie verhindert es nicht ganz.

Ohne Luft kann der Schall nicht mehr von der Klingel weg und wir hören deswegen fast nichts mehr. Aber durch den Schwamm und durch die Anschlusskabel wird immer noch ein bischen Schall geleitet, weswegen wir die Klingel noch ein wenig hören.

Schall braucht einen Träger, um sich auszubreiten. Die uns umgebende Luft ist der Schallträger, den wir brauchen, um uns zu hören.

Versuch: Zwei Tambourine

Zwei Tamburine und ein Tischtennisball.

Aufbau

Man schlägt mit der Hand fest gegen das linke Tamburin.

Beobachtung

Der Tischtennisball hüpft etwas weg.

Folgerung

Der Ball muss von der Membran des rechten Tamburins weggeschubst worden sein. Die Membran wiederum kann nur von der Luft angeschubst worden sein.

Durch den Schlag auf das linke Tamburin ist die Luft kurz nach rechts zusammengedrückt worden. Die Luft hat den Schlag irgendwie weitergeleitet.

Modellversuche: Magnetrollen und Drahtspirale ("Slinky")

Die Scheibenmagnete können auf einer Schiene rollen.

Die am Boden gespannte Feder.

Einige Windungen der Feder.

Aufbau

Man verschiebt den Magnet am linken Rand schnell um ein Stück nach rechts.

Beobachtung

Es läuft eine Art Welle bis zum rechten Ende und auch wieder zurück. (Video)

Aufbau

Zwei Personen spannen eine lange Stahlfeder ("Slinky") über den Boden. (Wenn man die Feder stark spannt und hoch hält, kann man sie auch in der Luft halten.)

a) Am einen Ende werden einige Wicklungen der Feder zusammengedrückt und losgelassen.

b) Es werden einige Wicklung auseinandergezogen und losgelassen.

Beobachtung

a) Das verdichtete Stück der Feder läuft zum anderen Ende und auch wieder etwas zurück. Hält man die Feder in der Luft, so läuft die Verdichtung sogar mehrmals hin und her.

b) Auch das "verdünnte" Stück der Feder erzeugt eine Art Welle, die durch die Feder läuft.

Folgerung

Die Magnetrollen und die Spiralfeder sind ein Modell für die Schallausbreitung in der Luft. Die Magnetrollen oder die Wicklungen der Feder entsprechen den Luftmolekülen, die sich gegenseitig abstoßen.

Wird eine Magnetrolle schnell bewegt, so entsteht eine Verdichtung, die sich ausbreitet. An dem festen Rand wird sie reflektiert.

Auch in der Luft enstehen durch schnelle Bewegungen Verdichtungen und Verdünnungen, die sich ausbreiten können.

Schall ist eine Druckwelle. Verdichtungen und Verdünnungen breiten sich durch den Schallträger aus. An festen Gegenständen wird der Schall reflektiert, was wir als Echo hören können.

Schallgeschwindigkeit

Messung der Schallgeschwindigkeit mit einem Echo

Beobachtung

Protokoll der Startzeiten

Protokoll der Stoppzeiten

Strecke vom Ort des Knalls bis zur Wand: 40,10 m.
1. Messung               
Startzeit (in sec) 25,10  25,28  24,93  
Stoppzeit (in sec) 25,18  25,00  25,03  26,44  27,31 (???)             
2. Messung               
Startzeit (in sec) 46,47  46,53  46,63  46,59  46,60  47,03  46,43
Stoppzeit (in sec) 46,43  46,50  46,53  46,69
3.Messung
Startzeit (in sec) 21,23  21,50  21,26
Stoppzeit (in sec) 21,57  21,69  21,94
4. Messung               
Startzeit (in sec) 18,56  18,66  18,62  18,54
Stoppzeit (in sec) 18,65  18,15  18,96  18,72  18,50
5. Messung               
Startzeit (in sec) 32,06  32,31  32,33  32,19
Stoppzeit (in sec) 32,15  32,19  32,44  32,31  32,00 
6. Messung               
Startzeit (in sec) 16,72  16,72  16,87  16,82
Stoppzeit (in sec) 16,94  17,29  17,27  17,29  16,62

Folgerung / Auswertung

Für die 1.Messung:
Mittelwerte:
Startzeit   : 25,10 sec
Stoppzeit   : 25,41 sec (ohne den seltsamen Wert)
Unterschied :  0,31 sec
Geschwindigkeit: 80,2m : 0,3sec = 259 m/sec

Die Auswertungstabelle

Links

• Video: WDR Planet Schule: Schallparade
• Video: Originalton eines Gewitters (youtube: "Sounds of Nature and Beyond")
• Video: Wie weit ist das Gewitter entfernt? (youtube: "schoolseasy")

Echo

• WDR Planet Schule: Wegweisende Echos (Delfine, Sonar, Echolot und Radar 15min)

Links

• Video: Wellenmodell mit Magneten (youtube: "Stephan Mueller")