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Siemens Stiftung

Schallbrechung

Schemagrafik:Schallbrechung in Luft mit unterschiedlichen Temperaturschichten (von warm nach kalt).Die Schallgeschwindigkeit in Luft hängt von der Dichte und damit auch von der Temperatur ab: bei hohen Temperaturen ist der Schall schneller als bei niedrigen. Beim Übergang von einer warmen in eine kältere Luftschicht nimmt die Schallgeschwindigkeit also ab. Mit der Geschwindigkeit ändert sich aber auch die Ausbreitungsrichtung. Man sagt, die Schallwelle wird “gebrochen”. Im beschriebenen Fall, also beim Übergang von warmer nach kalter Luftschicht, wird die Schallwelle nach oben hin gebrochen.Hinweise und Ideen:Wie verhält sich der Schall, wenn er von einer kälteren in eine wärmere Schicht dringt?Ist es richtig, dass man gegen den Wind schlechter hört als mit dem Wind?Letzteres kann gemeinsam mit den Schülerinnen und Schülern im Versuch nachgeprüft werden.Ein Vergleich mit der Brechung von Lichtstrahlen bietet sich an.Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

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Siemens Stiftung

Schallabsorption

Grafik:Treffen Schallwellen auf ein Hindernis mit entsprechender Materialstruktur, werden sie absorbiert, d. h. die gesamte mechanische Energie des Schalls wird in Wärmeenergie umgewandelt.Zur Anwendung kommt dieses Phänomen in Schallschutz-Wänden. Eine hohe Absorption wird mit porigen Materialien erreicht. Durch Multireflexion und Streuung wird der Schallweg in diesen Materialien extrem verlängert. Der Schall “läuft sich tot”. Hinweise und Ideen:Bezug zur Alltagswelt der Schüler: Stille nach einem Schneefall.Kann gemeinsam mit den Schülern im Versuch nachgeprüft werden.Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

Medientypen

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Lernalter

11-18

Schlüsselwörter

Schall Welle (Physik)

Sprachen

Deutsch

Anderer Ressourcentyp

Siemens Stiftung

Schwingung, Frequenz, Amplitude

Sachinformation:Kurzwiederholung der Grundbegriffe “Schwingung”, “Frequenz” und “Amplitude”.Eine Schwingung ist eine regelmäßig wiederkehrende Bewegung um einen Ruhepunkt mit der Amplitude als maximale Auslenkung vom Ruhepunkt und der Frequenz als Angabe, wie oft sich dieser Vorgang in einer Sekunde wiederholt. Hinweise und Ideen:Zur schnellen Information über wichtige Grundbegriffe zum Thema “Schwingung”, zur Wiederholung geeignet.Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen


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Anderer Ressourcentyp

Siemens Stiftung

Schallausbreitung an Hindernissen

Sachinformation: Verhalten von Schall beim Auftreffen auf ein Hindernis. Der Wellencharakter des Schalls wird verdeutlicht.Schallwellen breiten sich kreisförmig bzw. kugelförmig aus. Kann sich der Schall ungestört ausbreiten, spricht man von einem freien Schallfeld. Im täglichen Leben ist das Schallfeld aber meist durch Objekte gestört, durch Gegenstände, Wände oder Personen.Trifft der Schall auf ein Hindernis, gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie er sich verhält: Brechung, Reflexion, Bündelung, Streuung, Absorption und Beugung. Letztlich beruhen aber alle Effekte auf dem Wellencharakter des Schalls. Hinweise und Ideen:Diese Sachinformation eignet sich gut als Überblick über die wichtigsten Grundbegriffe zum Wellencharakter des Schalls. Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen


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Lernkontrolle

Siemens Stiftung

Was ist eine Schwingung? (Testaufgaben)

Single-Choice-Test (interaktiv):Fünf Fragen rund um das Thema Schwingung.Gefragt wird, wovon Tonhöhe und Lautstärke eines Tons abhängen und was eine Schwingung, die Amplitude und die Frequenz sind. Jeweils eine Antwort aus dreien ist richtig.Hinweise und Ideen:Der Test kann auf zwei Arten durchgeführt werden. • Jede Antwort wird gleich geprüft. Bei falscher Antwort ist eine Wiederholung möglich.• Alle Antworten werden erst am Ende des Tests geprüft.

Medientypen

Lernkontrolle

Lernalter

11-18

Schlüsselwörter

Schall Welle (Physik)

Sprachen

Deutsch

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Audio

Siemens Stiftung

Prüfton als reinstes Schallsignal

Ton: Synthetisch mit dem Generator erzeugt, kann ein einfacher, monofrequenter Sinuston noch reiner sein als jeder Stimmgabelton.Synthetisch mit dem Generator erzeugt, kann ein einfacher, monofrequenter Sinuston noch reiner sein als jeder Stimmgabelton. Hinweise und Ideen:Tonbeispiel für die Verdeutlichung verschiedener Schallarten (oder auch zum Erraten).Weitere inhaltliche Informationen zu diesem Tonbeispiel gibt es als Sachinformation auf dem Medienportal der Siemens Stiftung.Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenKommunikation und VerständigungSchwingungen und WellenAkustische Phänomene


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Siemens Stiftung

Farbe und Spannung bei LED

Foto:Die Betriebsspannung bei LED hängt von der Farbe ab. Dies ist ein Hinweis auf diskrete Energieniveaus und den Photonencharakters des Lichts.Welche Farbe eine LED abstrahlt, hängt vom Energieniveau des Ladungsübergangs vom Nichtleitungsband ins Leitungsband ab. Je nach Grundmaterial (Si, GaAs, GaN usw.) und Dotierung, sowie innerem Widerstand besitzt jede LED eine typische Betriebsspannung (Spannung = Potential = Energiedifferenz). Die wird zwar von Bauform (innerem Widerstand usw.) modifiziert, ist aber letztlich vom diskreten Energieniveau des Ladungsübergangs zwischen Nichtleitungs- und Leitungsband bestimmt.Hinweise und Ideen:Das abstrakte Prinzip der Quantisierung von Energie in Form von Photonen wird in einem extrem einfachen Experiment mit vier LED und einem Netzgerät deutlich. Rote LED leuchten ab ca. 1,5 Volt, gelbe ab ca. 1,9 Volt, grüne ab ca. 2,3 Volt und blaue ab ca. 3,3 Volt.Eine Anleitung für den Bau eines geregelten LED-Farbmischers findet man in der Experimentieranleitung “Experimente - Energiequantisierung mit LEDs” auf dem Medienportal der Siemens Stiftung.

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Siemens Stiftung

Beugung

Grafik: Beugung von Wellen beim Auftreffen auf ein Hindernis.Die Grafik zeigt die möglichen Beugungseffekte in Abhängigkeit von Blendenöffnung und Wellenlänge.Hinweise und Ideen:Auch bei Schallwellen kommt es zur Beugung, zum Beispiel an Hausecken.Weitere inhaltliche Informationen zu dieser Grafik gibt es als Sachinformation auf dem Medienportal der Siemens Stiftung.Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

Medientypen

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Lernalter

13-18

Schlüsselwörter

Licht Optik Schall Welle (Physik)

Sprachen

Deutsch

Bild

Siemens Stiftung

Schallreflexion

Grafik:Wenn Schallwellen auf ein Hindernis treffen, können sie ähnlich wie Licht reflektiert werden.Wenn eine Schallwelle auf eine große, harte Oberfläche trifft, tritt eine Schallreflexion auf:Der Schall wird von der Oberfläche reflektiert, wie Licht von einem Spiegel. Hinweise und Ideen:Bezug zur Alltagswelt der Schüler: Echo im Gebirge.Kann gemeinsam mit den Schülern im Versuch nachgeprüft werden.Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

Medientypen

Bild

Lernalter

11-18

Schlüsselwörter

Schall Welle (Physik)

Sprachen

Deutsch

Übung

Siemens Stiftung

Schallarten (Lückentext)

Lückentext:Fünf Sätze mit Aussagen über Schallarten sind von den Schülerinnen und Schülern zu vervollständigen.Der Lückentext kann mittels Drag & Drop oder handschriftlich am interaktiven Whiteboard bearbeitet werden.

Medientypen

Übung

Lernalter

11-18

Schlüsselwörter

Schall Welle (Physik)

Sprachen

Deutsch

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