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 Lautsprecher in einem mit Schaumstoff ausgekleideten Kasten 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