Akustik

Ausbreitung einer periodisch erregten, fortlaufenden Transversalwelle

Bestimmung der Schallgeschwindigkeit

Prinzip In diesem Experiment bestimmen die Schüler die Schallgeschwindigkeit in Luft. Sie messen dazu den Laufzeitunterschied eines Schallsignals aus zwei räumlich versetzt stehenden Stereo-Lautsprechern mit der Software measure Acoustics. Vorteile • Versuch ist Teil einer Komplettlösung mit insgesamt 22 Versuchen zu den Themen Schallerzeugung, -ausbreitung und -wahrnehmung, Schwingungen und Wellen • Besonders geeignet für den Einstiegsthema in die Physik im Allgemeinen • Mit anschaulichem Schülerarbeitsblatt • Mit detaillierten Lehrerinformationen • Besonders geeignet bei knapper Zeitplanung, da minimale Vorbereitungszeit

Die musikalischen Intervalle

Prinzip Das Frequenzverhältnis zweier Töne bezeichnet man als Intervall. Diese Intervalle haben in der Musik besondere Namen. Daher ist der Versuch für die Schüler leichter zu verstehen, wenn die Begriffe aus dem Musikunterricht bekannt sind, in jedem Fall sollten sie die c-dur-Tonleiter kennen. Bei einer gespannten Saite verhalten sich die Saitenlängen umgekehrt wie die Tonhöhen (Frequenzen) der erzeugten Töne. Aus dem Verhältnis der Saitenlängen lässt sich daher das Intervall von Tönen bestimmen Im Versuch wird ein Monochord verwendet, ein Klangkörper mit zwei gespannten Saiten, deren Tonhöhe durch untergeschobene "Stege" verändert werden kann. Beide Saiten sind zunächst so gespannt, dass der gleiche Ton entsteht, unter eine Saite wird ein Steg geschoben, um das gewünschte Intervall zwischen beiden Saiten einzustellen, und die dazugehörende Saitenlänge wird gemessen. Vorteile • Übersichtlicher und einfacher Aufbau • Erreichung eines elementaren Lernziels mit wenig Aufwand

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

Frequenzbestimmung durch Schwebung

Prinzip Schwebungen treten auf, wenn zwei Töne annähernd die gleiche Frequenz haben. Wenn eine Frequenz bekannt ist, kann man die andere Frequenz durch Analyse der Schwebung bestimmen. In diesem Experiment bestimmen die Schüler die Frequenz einer verstimmten Stimmgabel, indem sie die Frequenz der Schwebung mit einer zweiten Stimmgabel messen. Vorteile • Versuch ist Teil einer Komplettlösung mit insgesamt 22 Versuchen zu den Themen Schallerzeugung, -ausbreitung und -wahrnehmung, Schwingungen und Wellen • Besonders geeignet für den Einstiegsthema in die Physik im Allgemeinen • Mit anschaulichem Schülerarbeitsblatt • Mit detaillierten Lehrerinformationen • Besonders geeignet bei knapper Zeitplanung, da minimale Vorbereitungszeit

Grundton, Oberton und Klangfarbe

Prinzip Spielt man einen Ton, z.B. den Kammerton a, auf verschiedenen Instrumenten, dann hört er sich von Instrument zu Instrument verschieden an. Man spricht von der unterschiedlichen Klangfarbe eines Tons. Da jedes Instrument eine typische Klangfarbe hat, lässt sich ihr Klang mit  elektronischen Tongeneratoren, z.B. Synthesizern oder Keyboards, nachstellen. Vorteile • Versuch ist Teil einer Komplettlösung mit insgesamt 22 Versuchen zu den Themen Schallerzeugung, -ausbreitung und -wahrnehmung, Schwingungen und Wellen • Besonders geeignet für den Einstiegsthema in die Physik im Allgemeinen • Mit anschaulichem Schülerarbeitsblatt • Mit detaillierten Lehrerinformationen • Besonders geeignet bei knapper Zeitplanung, da minimale Vorbereitungszeit

Knochenleitung

Prinzip In diesem Experiment beobachten die Schüler, dass Schall nicht nur über Außen- und Mittelohr zur Empfindung im Innenohr gelangen kann, sondern auch über den menschlichen Knochenapparat. Die Knochenleitung ist in der Medizin als Mittel in der Diagnostik eingesetzt. Am Beispiel des Rinne- und des Weber-Versuchs aus dem Bereich der medizinischen Diagnostik erfahren die Schüler, dass die Knochenleitung die Schallleitung des Außen- und Mittelohres umgeht und man daher mit diesen Experimenten zwischen Störungen der Schallleitung (Außenohr, Mittelohr) und der Schallempfindung (Innenohr, Hörnerv) unterscheiden kann. Vorteile • Versuch ist Teil einer Komplettlösung mit insgesamt 22 Versuchen zu den Themen Schallerzeugung, -ausbreitung und -wahrnehmung, Schwingungen und Wellen • Besonders geeignet für den Einstiegsthema in die Physik im Allgemeinen • Mit anschaulichem Schülerarbeitsblatt • Mit detaillierten Lehrerinformationen • Besonders geeignet bei knapper Zeitplanung, da minimale Vorbereitungszeit

Lärmampel

Prinzip Lärm ist für viele Menschen störend. Manchmal aber merken wir gar nicht, wie laut es um uns herum ist, weil wir mit anderen Sachen beschäftigt sind. Unser Empfinden für Lautstärke ist in solchen Fällen abgestumpft und wir merken nicht, dass der Lärm unser Leistungsvermögen einschränkt. Um objektiv überprüfen zu können, wann Schall in unserer Umgebung zu laut wird, d.h. der Lautstärkepegel bestimmte Schwellenwerte überschreitet, werden sogenannte Lärmampeln eingesetzt. Vorteile • Versuch ist Teil einer Komplettlösung mit insgesamt 22 Versuchen zu den Themen Schallerzeugung, -ausbreitung und -wahrnehmung, Schwingungen und Wellen • Besonders geeignet für den Einstiegsthema in die Physik im Allgemeinen • Mit anschaulichem Schülerarbeitsblatt • Mit detaillierten Lehrerinformationen • Besonders geeignet bei knapper Zeitplanung, da minimale Vorbereitungszeit

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.

Reflexion und Echo

Prinzip In diesem Experiment beobachten die Schüler die Reflexion von Schallpulsen in einem Glasrohr, sowohl am geschlossenen, als auch am offenen Ende. Sie zeichnen Signal und Echo mit einem Mikrofon auf und analysieren mit der Software measure Acoustics die Laufzeitdifferenzen um den Wegunterschied von Signal und Echo zu bestimmen. Vorteile • Versuch ist Teil einer Komplettlösung mit insgesamt 22 Versuchen zu den Themen Schallerzeugung, -ausbreitung und -wahrnehmung, Schwingungen und Wellen • Besonders geeignet für den Einstiegsthema in die Physik im Allgemeinen • Mit anschaulichem Schülerarbeitsblatt • Mit detaillierten Lehrerinformationen • Besonders geeignet bei knapper Zeitplanung, da minimale Vorbereitungszeit