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ingwaz-gier
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Versuche
• 1. Versuch: Eisenstab
Körperschall: verschiedene Wellen
• Longitudinalwellen und Transversalwellen: - wenn die Ausdehnung des Mediums in allen Richtungen
groß gegen die Wellenlänge ist.• Rayleigh-Wellen: -an Oberflächen - von großer Bedeutung bei Erderschütterungen • Biegewellen: - wichtigsten Wellenarten bei Körperschall - neben transversalen auch Winkelbewegungen• Dehnwellen: Bewegung der Moleküle horizontal und
vertikal http://www.nt.fh-koeln.de/fachgebiete/nf/html/wellen.html
Was ist schneller: Körper- oder Luftschall
• Versuch: Dosentelefon
• Wo kann man beobachten, dass Schall langsamer ist als Lichtwellen?
• Wo ist Schall wohl schneller in Flüssigkeiten oder in Festkörpern?
Ausbreitungs-geschwindigkeit
von Schall
Warum ist Schall in Flüssigkeiten und Festkörpern schneller als in Luft?
• Anschaulich: • Bei großer Dichte wird die Geschwindigkeit klein,
da viel Masse bewegt werden muss.• Aber: Da Moleküle bzw. Atome in Festkörpern
und Flüssigkeiten nahe bei einander liegen, ist der Kraftübertrag zwischen ihnen groß.
Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten
• - abhängig von: Dichte ρ• - Kompressibilität κ (Flüssigkeiten sind nahezu
inkompressibel) • Schallgeschwindigkeit: v = 1/(κ* ρ) • (Kompressionsmodul: K = 1/ κ., also: v = K/ ρ)
• Dichte von Wasser (4°C): ρ = 1000 Kg/m³ oder 1 g/ml
• Kompressibilität des Wassers = 4.6 * 10-10 m2/N
Schallgeschwindigkeit in Festkörpern
• abhängig von: Dichte ρ• abhängig vom: Elastizitätsmodul E bzw.
Schubmodul G• Ein Material mit hohem Elastizitätsmodul ist steif,
ein Material mit niedrigem Elastizitätsmodul ist nachgiebig.
• Ein Material mit hohem Schubmodul ist steif gegenüber einer Querkraft
• c Festkörper, longitudinal = E/ρ• c Festkörper, transversal = G/ρ
Einschub zum Schubmodul
Schallgeschwindigkeit in idealen Gasen (keine Massenausdehnung der Teilchen, keine
Anziehungskräfte zwischen Teilchen)
• Abhängig von: Dichte ρ• Abhängig von Druck p• Abhängig von Adiabatenexponenten κ (bei Luft: κ 1,4)
Sowohl in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern gilt immer: c = λ*υ
Wo ist der Schall schneller in warmer oder in kalter Luft?
• Warme Luft hat eine geringere Dichte als kalte.
• In warmer Luft ist der Schall schneller, Beispiel:
• Tw = 20°C, v = 343m/s.
• Tk = 0°C, v = 331 m/s
Tönender Metallstab
• Frequenzen von stehender Welle?
• f n= n*(c/(2L))
• Versuchsergebnis: Frequenzen höher bei longitudinaler Welle.
• → Transversale Wellen haben geringere Ausbreitungsgeschwindigkeit als longitudinale Wellen.
• Beim Versuch werden immer beide Wellenarten angeregt, aber mit unterschiedlicher Amplitude.
Schallpegelmessgerät
• Einstellung C: Schall wird „energierichtig“ gemessen
• Einstellung A: Schall wird „gehörrichtig“ gemessen.
• Zu Erinnerung: Schallpegel: P = 10*lg(P1/Po)• Hintergrundgeräusche erscheinen sehr viel leiser
als es der Schallleistung entspricht. • (Bei Hintergrundgeräuschen überwiegen
Frequenzen, die tiefer sind, als die Frequenzen, die der Mensch am besten hört.)
Schalldämmung
• Alle Maßnahmen, die die Schallausbreitung verhindern.
• Dabei treten immer zwei Effekte auf: Reflexion und Absorption der Schallenergie an Hindernissen
• (Die Absorption von Schallenergie wird auch als Schalldämpfung bezeichnet.)
• In Gebäuden bedeutet Schalldämmung: Verringerung von Schallreflexion und Schalldurchgang
Versuchsbeispiele zur Schalldämmung
Versuch zur Abhägigkeit der Schallreflexion vom Material der Reflektorplatte
1. Lautsprecher in einem mit Schaumstoff ausgekleideten Kasten
2. Schallpegelmessgerät
Versuch zur Schalldämmung: Messung des Schallpegels mit und ohne Dämmplatte für unterschiedliche Frequenzen
Versuch: Abhängigkeit des Schallpegels von der Entfernung
Schallintensität in Abhängigkeit vom Abstand r
• Intensität = Energie/(Fläche*Zeit), also • I = E/(A*t), gemessen in: J/(m²*s) oder W/m² (Watt: Leistung: Energie pro Zeit)• Um so größer der Abstand r von der Energiequelle (z. B.
Lichtquelle, Schallquelle), um so größer wird die Fläche A• Bei Kugelwelle: A = Fläche einer Kugelwelle: • A = 4 *π * r²• Das heißt: Der Energiestrom verteilt sich auf eine immer
größere Fläche.• Das heißt: Der Energiestrom pro Flächeneinheit (=
Intensität), z. B. Fläche der Ohren, verdünnt sich mit 1/r².• -> I nimmt mit 1/r² ab.
Versuch: Abhängigkeit des Schallpegels von der Entfernung
Auswertung• Bei Verdopplung von r gilt: Schallintensität geht auf
ein Viertel zurück, da ½².• 3 dB entspricht einer Halbierung der Schallintensität,
• da Schallpegel: P = 10*lg(o,5 Po /Po) = 3 dB
• → ein Viertel der Ausgangsschallintensität: 6 dB weniger, (da zweimalige Halbierung)
• Bei dreifacher Entfernung, geht Schallintensität auf 1/9 zurück, da (1/3)²
• → ein Neuntel der Ausgangsschallintensität:
10*lg (1/9) = -9,5 dB