Schallwellen – Frequenz (Tonhöhe) und Amplitude (Lautstärke)
NaturwissenschaftenLicht und SchallAlter 12–13
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Als Nächstes in Licht und Schall
Eine Lautsprechermembran schwingt und bewirkt, dass sich Luftteilchen in einem Rohr verdichten und verdünnen; diese Verdichtungen und Verdünnungen breiten sich als Schallwelle aus, während jedes Teilchen nur um seine Ruhelage schwingt. Verstellen Sie die Regler für Frequenz und Amplitude: Eine höhere Frequenz lässt die Membran schneller schwingen und ergibt einen höheren Ton, eine größere Amplitude lässt die Teilchen stärker schwingen und ergibt einen lauteren Ton. Ein Auslenkung-Zeit-Diagramm zeigt die Periodendauer T = 1/f; wählen Sie ein Medium (Luft, Wasser, Stahl, Vakuum), um zu sehen, wie sich die Schallgeschwindigkeit unterscheidet und dass sich Schall im Vakuum nicht ausbreiten kann.
Lektion: Schallwellen; Lautstärke und Tonhöhe
Was sie zeigt
Schall ist eine Longitudinalwelle: Die schwingende Quelle drückt die Teilchen des Mediums zusammen (Verdichtungen) und zieht sie auseinander (Verdünnungen); dieses Muster breitet sich aus, während jedes Teilchen nur um seine Ruhelage schwingt. Die Frequenz, die Zahl der Schwingungen pro Sekunde, bestimmt die Tonhöhe, die Periodendauer ist T = 1/f. Die Amplitude bestimmt die Lautstärke. Die Wellenlänge λ = v/f hängt von Quelle und Medium ab: Von den gezeigten Medien leitet Stahl den Schall am schnellsten, Luft am langsamsten, und im Vakuum breitet er sich gar nicht aus.
So funktioniert es
Ändern Sie beim Medium Luft nur die Frequenz: Beobachten Sie, wie schnell die Lautsprechermembran schwingt, wie die Periodendauer im Auslenkung-Zeit-Diagramm kürzer wird und wie eng die Verdichtungen liegen. Halten Sie dann die Frequenz fest und ändern Sie die Schwingungsamplitude. Verfolgen Sie mit dem Zeitlupenfaktor ein einzelnes Teilchen und prüfen Sie, dass es nicht mit der Welle wandert. Stellen Sie zuletzt das Medium auf Wasser, Stahl und Vakuum und vergleichen Sie Geschwindigkeit und Abstand der Verdichtungen.
Einstellbare Parameter
- Frequenz 100–1000 Hz
- Schwingungsamplitude 1–10 mm
- Medium Luft (343 m/s), Wasser (1500 m/s), Stahl (6100 m/s), Vakuum (keine Ausbreitung)
- Zeitlupenfaktor 50–500 ×
- Auslenkung-Zeit-Diagramm anzeigen
Fragen zum Erkunden
- Wie groß ist die Periodendauer eines Tons mit 500 Hz, und wie bestätigt das Diagramm Ihre Antwort?
- Was ändert sich am Ton, wenn Sie die Amplitude verdoppeln und die Frequenz beibehalten, und was bleibt gleich?
- Warum könnten sich Astronauten auf dem Mond ohne Funkgerät nicht sprechen hören?
