Akustik

Akustischer Doppler-Effekt

Prinzip Wenn eine Schallquelle relativ zum Medium der Ausbreitung in Bewegung ist, ist die Frequenz der Wellen, die emittiert werden, verschoben durch den Doppler-Effekt.

Ausbreitung einer periodisch erregten, fortlaufenden Transversalwelle

Chladnische Klangfiguren

Prinzip Quadratische und runde Metallplatten werden durch akustische Anregung mittels eines Lautsprechers zum Vibrieren gebracht. Wenn die gewählte Anregungsfrequenz einer bestimmten Eigenfrequenz der Platte entspricht, werden die Nodallinien sichtbar durch den Sand. Der Sand wird von den vibrierenden Bereichen der Platte weggestoßen und sammelt sich in den Linien, da hier die einzigen Stellen sind an denen die Vibrationen annähernd null betragen.

Doppler-Sonographie

Prinzip Blutflussuntersuchungen können mit Hilfe von Doppler-Ultraschall durchgeführt werden (Doppler-Sonographie). An einem realistischen Armmodell werden die Unterschiede zwischen kontinuierlichem (venösem) und pulsatilem (arteriellem) Fluss sowie zwischen normalem Blutfluss und einer Stenose gezeigt. Vorteile • Idealer Versuch für Medizinstudenten zum Erlernen der Prinzipien der Doppler-Sonographie • Lebensnah mit einem naturgetreuen Armmodell mit Adern und Stenose • Versuchskomponenten können auch für andere für Medizinstudenten relevante Versuche verwendet werden • Darstellung der Messwerte wie bei einem diagnostischen System

Erzwungene Schwingungen - Pohlsches Pendel

Prinzip Bei einem frei schwingenden System nimmt die Amplitude der Schwingung aufgrund der Dämpfung allmählich ab. Wird die Schwingung jedoch durch ein externes periodisches Drehmoment  angeregt, ist die Amplitide von der Frequenz des externen Erregers und der Dämpfung abhängig. Die Eigenfrequenzen der freien Schwingung sowie die Resonanzkurven der erzwungenen Schwingung sollen für verschiedene Dämpfungswerte bestimmt werden. Dafür werden die Schwingungen mit dem Interface System in Verbindung mit dem Bewegungssensor aufgezeichnet.

Erzwungene Schwingungen - Pohlsches Pendel mit measure Dynamics

Prinzip Wenn einem oszillierenden System erlaubt wird, frei zu schwingen, wird beobachtet, dass die Abnahme aufeinanderfolgender Maximalamplituden stark von der Dämpfung abhängig ist. Wenn das oszillierende System von einer externen Drehschwingung zum Schwingen angeregt wird, beobachten wir, dass die Amplitude in einem stationären Zustand eine Funktion der Frequenz und der Amplitude der externen, periodischen Drehschwingung und der Dämpfung ist. Im Folgenden wird die charakteristische Frequenz der freien Oszillation sowie die Resonanzkurve einer erzwungenen Schwingung bestimmt. Aufgaben A. Freie Schwingung 1. Bestimme die Schwingungsdauer und die charakteristische Frequenz für den ungedämpften Fall. 2. Bestimme die Schwingungsdauer und die entsprechenden charakteristischen Frequenzen für verschiedene Dämpfungswerte. Die entsprechenden Verhältnisse von Dämpfung, Dämpfungskonstante und logarithmischem Dekrement werden berechnet. 3. Realisiere den aperiodischen Fall und den Kriechfall. B. Erzwungene Schwingung 4. Bestimme die Resonanzkurve und stelle sie graphisch dar unter Benutzung der Dämpfungswerte aus A. ◦ Beobachte die Phasendifferenz zwischen dem Drehpendel und der stimulierenden, externen Drehung für einen kleinen Dämpfungswert bei verschiedenen Anregungsfrequenzen. Lernziele • Winkelgeschwindigkeit • charakteristische Frequenz • Resonanzfrequenz • Drehpendel • Drehschwingung • Rückstellmoment • gedämpfte/ungedämpfte freie Schwingung • erzwungene Schwingung • Verhältnis von Dämpfung/Abnahme • konstante Dämpfung • logarithmisches Dekrement • aperiodischer Fall • Kriechfall

Gekoppelte Pendel mit measure Dynamics

Prinzip Zwei gleiche Gravitationspendel mit einer bestimmten charakteristischen Frequenz werden über eine "weiche" Spiralfeder miteinander gekoppelt. Die Amplituden beider Pendel werden als Funktion der Zeit aufgezeichnet. Die Kopplungsfaktoren werden über verschiedene Methoden bestimmt. Anschließend werden die Ortspunkte der Schwingung in das Video eingeblendet. Vorteile • Großer stabiler Aufbau, sowohl geeignet für Demonstrationsversuche als auch für das Praktikum • Messwerterfassung in Echtzeit zur gleichzeitigen Bestimmung der Schwingungen beider Pendel • Einfache Messung und Auswertung mit der Bewegungserfassungs-Software Vorteile • Großer stabiler Aufbau, sowohl geeignet für Demonstrationsversuche als auch für das Praktikum • Messwerterfassung in Echtzeit zur gleichzeitigen Bestimmung der Schwingungen beider Pendel • Einfache Messung und Auswertung mit der Bewegungserfassungs-Software

Interferenz und Beugung von Wasserwellen mit dem Wasserwellengerät

Prinzip Es werden gleichzeitig an mehreren Stellen kreisförmige Wasserwellen erzeugt und das sich ergebende Interferenzmuster beobachtet. Durch Erhöhung der Anzahl der interferierenden Kreiswellen kann das Huygens'sche Prinzip veranschaulicht werden. Mit Hilfe von ebenen Wellen werden Beugungsphänomene an verschiedenen Hindernissen (Spalt, Kante, Doppelspalt usw.) untersucht. In einem weiteren Experiment kann das Prinzip der phasengesteuerten Antennen gezeigt werden. Um dies zu erreichen werden zwei Kreiswellen erzeugt und das Interferenzmuster wird beobachtet während man die Phasenlage des einen Erregers im Verhältnis zum anderen ändert. Vorteile • die Gesetzmäßigkeiten bei Wellenphänomenen sehen und verstehen • Wasser marsch, und los - Kompaktgerät macht schnellen einfachen Aufbau möglich • die helle grüne LED erlaubt auch Demonstrationsexperimente

Phasengeschwindigkeit von stehenden Wellen mit Cobra SMARTsense

Prinzip An einem Gummiband mit viereckigem Querschnitt wird mit Hilfe eines Vibrationsgenerators eine linear polarisierte stehende, transversale Welle erzeugt. Die Wellenlänge wird in Abhängigkeit der Anregungsfrequenz bestimmt. Dann wird die Phasengeschwindigkeit der Seilwelle durch Änderung der Zugspannung verändert. Der Zusammenhang zwischen der Phasengeschwindigkeit des Seiles und dem Zug auf das Seil wird untersucht. Mithilfe eines Stroboskops kann die stehende Welle noch eindrucksvoller dargestellt werden.

Schallgeschwindigkeit in Festkörpern

Prinzip Die Schallgeschwindigkeit von Polyacryl wird durch Laufzeitmessungen mit dem Echoskop ermittelt. Dazu werden Messungen an drei Zylindern mit unterschiedlichen Längen in Reflexion durchgeführt. Alle Messungen werden mit zwei verschiedenen Ultraschallsonden mit unterschiedlichen Frequenzen durchgeführt. Vorteile • Einstiegsversuch für Anwendungen der Echoskopie • Versuch kann leicht erweitert werden, um die Versuche zum A-Bild und B-Bild durchzuführen • Weitere Erweiterungen ermöglichen Versuche mit medizinischen und materialkundlichen Fragestellungen

Schallgeschwindigkeit in Luft (mit Universalzähler)

Prinzip Die Schallgeschwindigkeit in Luft wird mittels einer Laufzeitmessung ermittelt. Dazu wird der PHYWE Universalzähler mit einem empfindlichen Mikrofon benutzt.

Schallgeschwindigkeit mit dem kundtschen Rohr

Prinzip Ein Metallstab wird mit einem Tuch gerieben und so in Längsrichtung zum Schwingen gebracht. Die Schwingung wird auf das Gas im Glasrohr übertragen. Das Glasrohr ist am Ende mit dem Abstimmschieber (03474-02) abgeschlossen und es kommt bei geeigneten Rohrlängen zur Resonanz. Das Verhältnis der Schallgeschwindigkeit im Gas und im Schwingungserzeuger wird durch Messung der Wellenlängen bestimmt.