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Energía muscular

Fotografía:
Dos personas trotando.



Información e ideas:
Un ejemplo del proceso donde la energía química se convierte en energía mecánica.

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Curva de presión de vapor y diagrama de fases del agua

Diagramas:
Se comparan las curvas de presión de vapor (diagrama p-V) y el diagrama de fases (diagrama p-T) del agua.


Si se calienta agua a 100 °C a presión atmosférica normal, ésta se convierte en vapor. Pero, ¿qué efecto tiene aumentar o disminuir la presión sobre la temperatura de vaporización?
La curva de presión de vapor (curvas T en el diagrama p-V a la izquierda) y el diagrama de fases (diagrama p-T a la derecha) contestan dicha pregunta. La presión de vapor es la presión a la cual la fase líquida y gaseosa están en equilibrio, es decir, el mismo número de moléculas que se evaporan se condensan nuevamente. Por encima de la temperatura crítica (se dan valores numéricos) el agua es siempre gaseosa, independientemente de la temperatura, y se la puede tratar como un gas real (ecuación de Van der Waals, fórmula provista). Para cada temperatura por debajo de la temperatura crítica hay una presión de vapor para la cual hay una zona bifásica (líquida y gaseosa). Se puede deducir, a partir del aumento pronunciado en las curvas en el intervalo de la fase líquida, que las sustancias líquidas son apenas compresibles.
No se ha de confundir la temperatura crítica con la temperatura del punto triple (véase el diagrama p-T). Esto caracteriza los valores de temperatura y presión a los cuales todas las fases (sólida, líquida y gaseosa) están presentes simultáneamente.

Información e ideas:
¿A qué temperatura hierve el agua en el Monte Everest? Las "tablas de presión de vapor? proveen información sobre esto. También sería interesante referirse a los puntos de transición de fases como puntos críticos de temperatura. En la transición de la fase líquida a la gaseosa la energía aplicada no causa inicialmente un aumento de la temperatura. Lo mismo es pertinente a la fusión del hielo. No es sino hasta que toda el agua se ha evaporado o fundido que la temperatura aumenta.

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Vom Wasserrad zur Turbine (GS)

Fotocollage:
Fotos von einem Wasserrad sowie drei verschiedenen Turbinenarten.

Schon früh setzte man Wasserräder ein, um die Energie von Wasser zu nutzen, z. B. zum Antreiben eines Mühlrads. Die Turbinen, die in Wasserkraftwerken eingesetzt werden, sind eine Weiterentwicklung des klassischen Wasserrads, um Generatoren für die Stromerzeugung anzutreiben. Diese Turbinen heißen nach ihren Erfindern: Pelton, Kaplan und Francis.

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Speicherkraftwerk

Grafik:
Funktionsprinzip eines Speicherkraftwerks.

Beim Speicherkraftwerk wird von Natur aus nachfließendes Wasser mithilfe eines Stausees angestaut und für Bedarfsspitzen bevorratet. Das gestaute Wasser wird dann mittels Druckrohrleitungen zu den Turbinen des niedriger gelegenen Kraftwerks geführt. Die gesamte Lageenergie des Wassers im Speicherbecken ist also ein Energiespeicher für Spitzenzeiten. Kleinere Speicherkraftwerke verwenden Pelton-Turbinen, große Speicherkraftwerke (großer Druck und große Wassermenge) verwenden Francis-Turbinen.

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Keine Stimme ohne Resonanz

Grafik: Mund, Nebenhöhlen, Nase, Rachen, Luftröhre und Lunge bilden einen gemeinsamen Resonanzraum, unerlässlich für Gesang und Sprache.Ein im Vergleich zu anderen Lebewesen äußerst flexibel ansteuerbares Stimmband und der variable Resonanzraum sind Voraussetzungen für das der menschlichen Sprache zu Grunde liegende differenzierte Artikulationsvermögen. Die Klangfarbe wird durch die Resonanz und die Art der Vibration der Stimmbänder bestimmt. Ausschlaggebend für die Lautstärke sind ebenfalls die Resonanz und die Intensität, mit der die Stimmbänder schwingen.Hinweise und Ideen:Von der Physik und Physiologie der Schallerzeugung geht der Bogen zu Sprache und Kommunikation als Voraussetzung für die Entwicklung menschlicher Intelligenz und sozialer Formen des Zusammenlebens. Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

Medientypen

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Lernalter

11-18

Schlüsselwörter

Schall Sprache

Sprachen

Deutsch

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Hörfeld eines Guthörenden

Diagramm: Hörfeld eines Guthörenden mit den typischen Frequenz- und Laustärkebereichen für Sprache und Musik.Der Sprachbereich ist der Frequenz- und Lautstärkebereich, in dem sprachliche Kommunikation vorwiegend stattfindet. Innerhalb des Hörfeldes ist er als nierenförmiger Bereich (= Sprachniere) zu erkennen. In unserer Abbildung ist der Sprachbereich blau unterlegt. Hinweise und Ideen:Der beschreibende Vergleich der Diagramme des intakten und geminderten Gehörs ist als von den Schülern selbstständig zu lösende (Haus-) Aufgabe gut geeignet. Neben der praktischen Übung des schriftlichen Ausdrucks (Deutsch) kommen hier auch Grundfertigkeiten aus der Mathematik und Physik (Wie lese ich ein Diagramm) zum Tragen. Unterrichtsbezug:Hörschädigung/SchwerhörigkeitFunktionsweise des HörensSchall/Akustik

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Gitarre, ein klassisches Saiteninstrument

Foto: Der Schall wird durch Zupfen der Saiten erzeugt und deren Schwingungen werden durch die Resonanz des Gitarrenkörpers verstärkt abgestrahlt.Die Schwingung der Saiten wird teils auf den Gitarrenkörper übertragen und regt den Luftraum im “Bauch” zum Mitschwingen an. Letztlich schwingt ein wesentlich größeres Luftvolumen, der Saitenton ist wesentlich lauter hörbar. Hinweise und Ideen:Gitarre, Geige und Klavier sind bewährte Beispiele zur Illustration der Erzeugung von Schall durch Körperschwingungen einerseits und der Bedeutung von Resonanzkörpern und deren Funktion andererseits.Unterrichtsbezug:Akustische PhänomeneSchall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

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The Ear, Hearing and Hearing Impairment: Speech as highly complex sound signal

Graphic:
Oscillographic curve of the spoken sentence "It's raining cats and dogs".

Speech sounds are fluctuating sound signals where the composition of frequencies changes all the time.
Aperiodical overlap periodical parts. Unlike noises, some of which have similar frequency curves, sound in speech is always the carrier of meaning or of messages sent out by the speaker. Other noises like smacking of lips, hissing, rhythms, basic pitch are typical of the individual (acoustic fingerprint) but not essential for the speech content!

Information and ideas:
Supplementary to worksheets and transparencies.

Relevant for teaching:
Sound/acoustics: parameters
Vibrations and waves
Communication and understanding

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The Ear, Hearing and Hearing Impairment: Sound curve vs. frequency and amplitude

Chart:
Shows vibration with a high and loud tone.

With respect to the sound curve upper left, the lower left sound curve has twice the sound pressure (amplitude is twice as high). The upper right curve, however, has twice as high tone (twice the frequency). Bottom right, both the amplitude and frequency have been doubled.The following can be said about a sound curve:
- Amplitude stands for volume.
- The frequency indicates the pitch.

With high tones, the wave shapes are narrow and are repeated quickly, with low tones, the wave shapes are broader and are repeated more slowly.

Information and ideas:
Connection can be made to the curve discussion in Mathematics. To be used on worksheets, transparencies etc.

Relevant for teaching:
Sound/acoustics: parameters
Vibrations and waves

Medientypen

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Lernalter

11-18

Schlüsselwörter

Sound Wave (physics)

Sprachen

Englisch

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The Ear, Hearing and Hearing Impairment; Teaching unit: From the drum to the eardrum: Resonance body piano

Photo:
Grand piano and piano are good examples of the great significance of resonance bodies with regard to volume and sound.

The frame and the air in the piano vibrate in resonance with the string that has just been struck. Whereas the more modern grand piano "fills" whole concert halls, its historical predecessor, the spinet, is just loud enough for the living-room. Apart from the volume the tone colour of the spinet is also much thinner. This comparison makes the importance of the resonance body very clear - both generally in the production of sound and specifically in music.

Information and ideas:
A practical example from the field of music shows how important the subjects of Physics and Acoustics are for the world of art and communication.

Relevant for teaching:
Sound/acoustics: parameters
Vibrations and waves