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Versuche 1. Versuch: Eisenstab
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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
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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?
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Ausbreitungs-geschwindigkeit von Schall
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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.
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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 * m2/N
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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
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Einschub zum Schubmodul
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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
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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
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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.
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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.)
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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
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Versuchsbeispiele zur Schalldämmung
Versuch zur Abhägigkeit der Schallreflexion vom Material der Reflektorplatte Lautsprecher in einem mit Schaumstoff ausgekleideten Kasten Schallpegelmessgerät Versuch zur Schalldämmung: Messung des Schallpegels mit und ohne Dämmplatte für unterschiedliche Frequenzen
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Versuch: Abhängigkeit des Schallpegels von der Entfernung
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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.
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Versuch: Abhängigkeit des Schallpegels von der Entfernung
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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
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