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