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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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Geigenkorpus als Resonanzkörper

Foto:Die allseits bekannte Geige als Beispiel, wie die Schwingung einer Saite erst über einen Resonanzkörper auf Hörbarkeit verstärkt wird.Die Schwingung einer Saite ohne Resonanzkörper könnte man kaum wahrnehmen. Deshalb wird die Schwingung auf den Geigenkorpus übertragen, der nun auch noch das in ihm enthaltene Luftvolumen zum Mitschwingen bringt. Material und Form des Geigenkorpus werden so gewählt, dass einerseits eine gute Verstärkung (Resonanz) bei möglichst vielen unterschiedlichen Frequenzen eintritt. Durch die Eigenfrequenzen der einzelnen Teile und die des Gesamtkörpers werden darüber hinaus bestimmte Grund- und Obertöne besonders verstärkt bzw. zusätzlich erzeugt. Es entsteht der individuelle Klangcharakter jeder einzelnen Geige. Hinweise und Ideen:Anhand eines praktischen Beispiels aus der Musik wird die Wichtigkeit von Physik und Akustik auch für Kunst und Kommunikation klar. Unterrichtsbezug:Schall/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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Lernalter

11-18

Schlüsselwörter

Schall Welle (Physik)

Sprachen

Deutsch

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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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Resonanzkörper Klavier

Foto:Flügel und Klavier sind gute Beispiele für die überragende Bedeutung von Resonanzkörpern bzgl. Lautstärke und Klang.Der Rahmen und der Luftraum im Klavier schwingen in Resonanz zur gerade angeschlagenen Saite mit. Während der technologisch jüngere Flügel ganze Konzertsäle “füllt”, reicht der historische Vorläufer - das Spinett - gerade mal fürs Wohnzimmer. Abgesehen von der Lautstärke ist beim Spinett auch die Klangfarbe wesentlich dünner. Dieser Vergleich macht die Bedeutung des Resonanzkörpers in der Schallerzeugung generell und in der Musik speziell sehr anschaulich. Hinweise und Ideen:Anhand eines praktischen Beispiels aus der Musik wird die Wichtigkeit von Physik und Akustik auch für Kunst und Kommunikation klar. 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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Schallausbreitung in festen Körpern

Foto: Demonstration eines einfachen Versuchs zur Schallausbreitung in festen Körpern, z. B. in einer Tischplatte.In alten Westernfilmen horchen die Indianer am Boden und die Banditen an der Eisenbahnschiene. Das können die Schülerinnen und Schüler auch am Tisch ausprobieren. Dieses Experiment zeigt, dass nicht nur Luft Schall leitet, sondern auch feste Körper, und wie die Schallausbreitung von verschiedenen Stoffen positiv oder negativ beeinflusst wird.Hinweise und Ideen:Versuchsvarianten:Eine angeschlagene Stimmgabel wird auf die Tischplatte gehalten. Bringe nun unterschiedliche Stoffe zwischen Stimmgabel und Tischplatte und beobachte den Einfluss dieser Stoffe. Dadurch kann die Übertragung des Schalls bei verschiedenen Unterlagen verglichen werden.Verwende statt der Stimmgabel einen Wecker. Wenn du dein Ohr auf die Tischplatte legst, klingt er lauter. Wie verändert sich die Lautstärke, wenn ein Teller o. Ä. unter dem Wecker liegt? Unterrichtsbezug:Akustische PhänomeneSchall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen


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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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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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Schall aus der Flasche als Grundprinzip

Foto: Eine durch Blasen zum Schwingen gebrachte Luftsäule ist das elementarste Prinzip der Schallerzeugung. Jedes Kind kann das ausprobieren.Schall ist als eine mechanische Schwingung von Materie definiert, die im vom Menschen hörbaren Frequenzbereich liegt. Da die Wahrnehmung des Schalls, abgesehen von medizinischen Sonderfällen, immer über die Luft erfolgt, ist der "Schall aus der Flasche" gewissermaßen das elementarste Prinzip der Schallerzeugung: Das Blasen über die Flaschenöffnung erzeugt Druckschwankungen, die die Luftsäule in der Flasche zum Schwingen bringen. Diese Schwingungen breiten sich als Schallwellen über die Luft aus und werden so direkt wahrgenommen. Hinweise und Ideen: Bei den üblichen Festkörperschwingungsversuchen mit Gummiband etc. werden deren Schwingungen erst auf die Moleküle der Luft übertragen und sozusagen erst indirekt hörbar. Beim Flaschenversuch erfolgen Erzeugung und Ausbreitung im selben Medium. Da die Übertragung durch Luft für das menschliche Hören unverzichtbar ist, ist es didaktisch sinnvoll, auch mit der schwingenden Luft als Schallquelle zu beginnen. Erweiterungen des Versuches: - Ein Reagenzglas mit kleinen Styroporkügelchen füllen und dann über die Öffnung blasen. Die Schüler können beobachten, dass sich die Kügelchen bewegen. - Flasche mit Wasser füllen: Wie ändert sich der Ton bei verschieden hohen Füllständen? Unterrichtsbezug: Schall/Akustik: Kenngrößen Akustische Phänomene

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Lernalter

6-18

Schlüsselwörter

Schall

Sprachen

Deutsch