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Ultraschall zur Materialuntersuchung - Prinzip

Grafik, beschriftet: Aus den Laufzeitunterschieden der mit Oszilloskop-Kurven erfassten Echos lassen sich Schichtdicken, Fehler und Konsistenz ermitteln.Im Maschinenbau ist die Kontrolle der Qualität von Werkstoffen eine wichtige Aufgabe. Eine kostengünstige Möglichkeit der Werkstoffprüfung, bei der das zu prüfende Material nicht zerstört wird, basiert auf der Reflexion von Schall an Grenzflächen.Hinweise und Ideen:Diese Aufgaben eignen sich gut dafür zu zeigen, wie Verhalten von Schall in der Praxis genutzt wird.Die Recherche im Internet unterstützt zudem das explorative Lernen.Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

Medientypen

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Lernalter

11-18

Schlüsselwörter

Elektroakustik 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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Schallstreuung

Grafik:Schallstreuung. Eine von mehreren Verhaltensweisen von Schallwellen, wenn sie auf ein Hindernis treffen.Unter Streuung versteht man eine Reflexion an kleinen Strukturen ohne ausgeprägte Vorzugsrichtung. Sie ist stark frequenzabhängig. Hinweise und Ideen:Kann gemeinsam mit den Schülern im Versuch nachgeprüft werden.Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

Medientypen

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Lernalter

11-18

Schlüsselwörter

Optik 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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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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Strahlungsenergie

Diagramm:Formeln für die Strahlungsenergie elektromagnetischer Wellen und das Planck'sche Strahlungsgesetz.Strahlungsenergie ist die Energie elektromagnetischer Wellen. Sie ist proportional zum Quadrat der Amplitude der elektrischen bzw. der magnetischen Feldstärke. Elektromagnetische Wellen hoher Frequenz und damit Energie haben Teilchencharakter. Die Energie dieser Teilchen ist proportional zur Frequenz bzw. umgekehrt proportional zu ihrer Wellenlänge. Der Proportionalitätsfaktor ist das Planck’sche Wirkungsquantum h. Dass Strahlungsenergie quantisiert sein muss, fand Max Planck bei der Untersuchung der Strahlung schwarzer Körper. Er formulierte ein Strahlungsgesetz, das aber erst durch Einsteins Postulat von den Lichtquanten erklärt werden konnte. Zahlenbeispiel für die Planck’sche Strahlungsformel:Die Sonne hat eine Oberflächentemperatur von 5.800 K, die damit verbundene Strahlungsleistung ist nach der Planck’schen Strahlungsformel 3,85 x 1023 kW. Davon trifft nur ein sehr kleiner Anteil auf die Erde (bei senkrechtem Strahlungseinfall 1,37 kW/m²).Hinweise und Ideen:Strahlungsenergie kann vielfach in andere Energieformen umgewandelt werden: Beim Röntgen wird die Strahlungsenergie in chemische Energie verwandelt (Schwärzung des Fotofilms), Licht wird in der Solarzelle in elektrische Energie umgewandelt, ebenso Funkwellen in einer Antenne. Die Energie von Mikrowellen kann man zur Erwärmung von Speisen verwenden.


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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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Schallkurve vs. Frequenz und Amplitude

Diagramm: Zeigt die Schwingung bei einem hohen und lauten Ton.Bezogen auf die Schallkurve oben links, hat die Schallkurve links unten einen doppelt so großen Schalldruck (Amplitude ist doppelt so hoch). Wohingegen die Kurve rechts oben einen doppelt so hohen Ton hat (Frequenzverdoppelung). Rechts unten sind sowohl Amplitude als auch Frequenz verdoppelt. Prinzipiell gilt für eine Schallkurve: · Die Amplitude steht für die Lautstärke.· Die Frequenz gibt die Tonhöhe an. Bei hohen Tönen sind die Wellenformen eng und wiederholen sich schnell, bei tiefen Tönen sind die Wellenformen breiter und wiederholen sich langsamer. Hinweise und Ideen:Es kann ein Bezug zu Kurvendiskussionen im Mathematikunterricht hergestellt werden.Zur Verwendung auf Arbeitsblättern, Folien etc.Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

Medientypen

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Lernalter

11-18

Schlüsselwörter

Schall Welle (Physik)

Sprachen

Deutsch

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Schallfeld und Schalldämpfung

Schemagrafik: Konzentrische Ausbreitung von Schallwellen. Eingezeichnet sind die Linien gleicher Lautstärke, die mit der Entfernung zur Quelle abnimmt.Warum hören wir immer weniger, je weiter wir von der Schallquelle entfernt sind?Schall breitet sich von seiner Quelle her kreisförmig aus, d. h. die Schallenergie breitet sich über ein zunehmend größeres Raumgebiet aus und der Schalldruck nimmt entsprechend ab. In einem freien Schallfeld nimmt er jedes Mal um rund 6 dB ab, wenn die Entfernung zur Quelle verdoppelt wird. Innerhalb eines Raumes gilt dieses Abstandsgesetz aber nur nahe der Schallquelle.Hinweise und Ideen:Geeignet, um zu erläutern, warum man immer weniger hört, je weiter man von der Schallquelle entfernt ist.Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und WellenKommunikation und Verständigung

Medientypen

Bild

Lernalter

11-18

Schlüsselwörter

Diagramm Schall Welle (Physik)

Sprachen

Deutsch

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