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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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Schallbeugung

Schemagrafik:Beugung ist eine typische Verhaltensweise von Schallwellen, wenn sie auf ein Hindernis treffen.Die Beugung von Schallwellen ist ein physikalischer Mechanismus, der für das Eindringen von Schallenergie in akustische Schatten sorgt. Das heißt der Schall ist auch in Bereichen hörbar, die vom direkten Schalleinfall abgeschattet sind, wie etwa hinter Hindernissen. Hinweise und Ideen:Die Beugung des Lichts lässt sich nachweisen, wenn ein paralleles Strahlenbündel einfarbigen Lichts auf einen engen Spalt gerichtet wird. Ein hinter dem Spalt aufgestellter Schirm gibt eine Beugungsfigur (helle und dunkle Streifen, die nach außen an Intensität verlieren).Beim Schall ist ein direkter Bezug zur Alltagswelt der Schüler noch besser möglich: Warum kann man die vor einem Gebäude verlaufende Straße hören, obwohl man dahinter steht?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

Diagramm Optik Schall Welle (Physik)

Sprachen

Deutsch

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Schallausbreitung: Tamburin und Kerze 3

Foto:Die vom Tamburin ausgehenden Schallwellen löschen eine brennende Kerze aus. Drittes von drei Fotos zum Versuch “Tamburin bläst Kerze aus”.Der Versuch “Tamburin bläst Kerze aus” demonstriert eindrucksvoll, wie Schallwellen sich ausbreiten und dass damit eine Bewegung der Luftteilchen verbunden ist.Hinweise und Ideen:Einfacher Versuch, der leicht im Klassenzimmer durchzuführen ist.Weitere inhaltliche Informationen zu diesem Foto gibt es als Sachinformation auf dem Medienportal der Siemens Stiftung.Unterrichtsbezug:Akustische PhänomeneSchall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

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Prüfton als reinstes Schallsignal

Grafik: Oszilloskop-Kurve eines periodischen Tons einer einzigen Frequenz (Reinton). Der Ton wurde mit einem elektronischen Tongenerator erzeugt.Einfache periodische Töne enthalten als “Reinton” nur eine einzige Frequenz (monofrequenter Sinuston). Das gibt es nur in der Messtechnik als synthetisch erzeugten “Prüfton”.Hinweise und Ideen:Möglicher Querverweis: Untersuchung von aperiodischen Sprachsignalen mithilfe der Spektralanalyse.Weitere inhaltliche Informationen zu dieser Grafik gibt es als Sachinformation auf dem Medienportal der Siemens Stiftung.Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

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Schallausbreitung: Tamburin und Kerze 1

Foto: Tamburin vor einer brennenden Kerze. Erstes von drei Fotos zum Versuch “Tamburin bläst Kerze aus”.Der Versuch “Tamburin bläst Kerze aus” demonstriert eindrucksvoll, wie Schallwellen sich ausbreiten und dass damit eine Bewegung der Luftteilchen verbunden ist.Hinweise und Ideen:Einfacher Versuch, der leicht im Klassenzimmer durchzuführen ist.Weitere inhaltliche Informationen zu diesem Foto gibt es als Sachinformation auf dem Medienportal der Siemens Stiftung.Unterrichtsbezug:Akustische PhänomeneSchall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

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Schnecke - einzelne Windung im Schnitt

Grafik, beschriftet: Schnitt durch einzelne Windung des Schneckengangs.Die beschriftete Grafik zeigt einen Schnitt durch einen einzelnen Schneckengang. Beschriftet sind: Vorhofgang, Deckmembran, Schneckengang, Haarzellen der Sinneszellen, Hörnerv, Paukengang.Hinweise und Ideen:Einsetzbar in einem Arbeitsblatt, als Overhead-Folie oder über Beamer. Weitere inhaltliche Informationen zu dieser Grafik gibt es als Sachinformation auf dem Medienportal der Siemens Stiftung.Unterrichtsbezug:Der menschliche KörperBau und Leistung eines SinnesorgansReizaufnahme und InformationsübermittlungSinnesleistungen

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Brechung

Grafik, beschriftet:Das Wellenfrontmodell der Brechung an einer Grenzschicht macht die Ursache der Änderung der Ausbreitungsrichtung klar.Beim Übertritt von Wellen aus einem Medium in ein anderes ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle. Als Folge haben die Wellennormalen der einfallenden und der gebrochenen Wellen verschiedene Richtungen. Bei Lichtwellen ist die Änderung des Brechnungsindexes an der Grenzfläche die Ursache, bei Schallwellen die Änderung der Dichte. Die Grafik zeigt den Fall, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit beim Übergang vom ersten ins zweite Medium langsamer wird: Die Welle wird zum Lot der Grenzfläche hin gebrochen. Eine Erklärung dieses Verhaltens liefert das Huygen’sche Prinzip: Jeder Punkt einer Wellenfront ist Ausgangspunkt einer neuen Welle, einer sog. “Elementarwelle”. Die Einhüllende der Elementarwelle ergibt die neue Wellenfront. Hinweise und Ideen:Auch bei Schallwellen tritt Brechung an Grenzflächen auf (z. B. in der Atmosphäre beim Übergang von warmen in kalte Luftschichten).Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

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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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Hai - Hören mit dem ganzen Körper

Grafik: Schnittbild durch das Hörorgan (“Seitenlinienorgan”) des Hais.Der Hai als Beispiel eines Tieres, das wesentlich mit einem Teil seiner Körperoberfläche hört. Legende:(a) Poren(b) schleimgefüllte innere Kanäle (c) Sinneszellen, sog. “Cilien”(d) NervenHinweise und Ideen:Die Grafik eignet sich gut für einen Vergleich mit den Sinneszellen im menschlichen Ohr.Alltagsbezug: Methoden der elektroakustischen Schallaufnahme mit normalem Mikrofon und Oberflächen-Mikrofon.Weitere inhaltliche Informationen zu dieser Grafik gibt es als Sachinformation auf dem Medienportal der Siemens Stiftung.Unterrichtsbezug:Bau und Leistung eines SinnesorgansReizaufnahme und InformationsverarbeitungSinne erschließen die UmweltSchall/Akustik: Hörbereich, Hörgrenze

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Fünf Sinne anhand des menschlichen Kopfes

Grafik, beschriftet: Die fünf Sinne des Menschen.Mit den fünf Sinnesorganen Augen, Ohren, Nase, Zunge und Haut empfängt der Mensch Reize, übersetzt sie in elektrische Nervenimpulse.Die Nervenimpulse werden ans Gehirn weitergegeben, wo sie verarbeitet, eingeordnet und interpretiert werden.Hinweise und Ideen:Als Ausgangsgrafik geeignet. Wichtig ist der Hinweis, dass zum sichtbaren Organ auch noch Organe im Inneren gehören und dass zur Auswertung der Reize das Gehirn gehört. Unterrichtsbezug:Bau und Leistung eines SinnesorgansReizaufnahme und InformationsverarbeitungSinne erschließen die Umwelt