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Was ist Schall? 03:00 min

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Transkript Was ist Schall?

Töne werden durch Schwingungen erzeugt. Das kann eine schwingende Saite sein, ein schwingender Kehlkopf oder eine schwingende Trommel. Jede Schwingung überträgt Energie an die umgebenden Luftmoleküle, die ihrerseits die Schwingung weitergeben und so eine Schallwelle erzeugen. Die Moleküle schwingen zwar in Richtung des Energietransports vor und zurück, aber sie bewegen sich nicht mit der Welle fort. Da dieser Energietransport nur über die Schwingungen von Molekülen möglich ist, können sich Schallwellen nur in Materie fortpflanzen. Es sind also mechanische Wellen. Schallwellen können sich in festen Körpern fortpflanzen, aber auch in Flüssigkeiten oder Gasen, aber niemals im Vakuum, das keine Teilchen enthält. Die Teilchen als Wellenträger schwingen stets in der Ausbreitungsrichtung der Welle. Schallwellen sind also Longitudinalwellen. Ob ein Ton hoch oder tief ist, wird durch die Tonhöhe angegeben. Die Tonhöhe wird durch die Frequenz bestimmt und ist die Anzahl an Wellenberge, die einen bestimmten Punkt in einer Sekunde durchlaufen. Sie wird in Hertz gemessen. Je höher die Frequenz, desto höher ist der Ton. Je tiefer die Frequenz, desto tiefer ist der Ton. Die Lautstärke eines Tones hängt von der höchsten Auslenkung der schwingenden Teilchen ab. Diese nennt man Amplitude. Je höher die Amplitude, desto lauter ist der Ton. Wir hören Töne, wenn Schwingungen durch die Luft in unsere Ohren wandern, wo sie über das Trommelfell die Gehörknöchelchen in Schwingungen versetzen. Diese Schwingungen werden in elektrische Impulse verwandelt, die im Gehirn den Höreindruck erzeugen.

Was ist Schall? Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Was ist Schall? kannst du es wiederholen und üben.

  • Nenne die Eigenschaften von Schall.

    Tipps

    Wie breitet sich eine Schallwelle aus?

    Eine schnelle Schwingung erzeugt einen hohen Ton.

    Die Amplitude bestimmt die Lautstärke eines Tones.

    Lösung

    Schall kann sich nur in Materie durch Schwingungen ausbreiten. Dabei schwingen die Moleküle vor und zurück und geben die Schwingung an die nächsten Moleküle weiter, sodass sie sich im Medium immer weiter fortpflanzt. Dabei ist es egal, ob das Ausbreitungsmedium fest, flüssig oder gasförmig ist und die Schallwellen können auch die Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Stoffen überwinden. Auch durch eine Steinmauer kann Schall sich ausbreiten. Weil es im Weltall aber ein Vakuum ohne Teilchen gibt, gibt es dort auch keine Geräusche.

    Wie ein Ton klingt, bestimmen die Frequenz und die Amplitude der Schallwelle. Die Frequenz gibt dabei an, wie oft ein Molekül in der Welle pro Sekunde hin und her schwingt und sie bestimmt die Höhe des Tones. Das tiefe Gebrüll des Löwen hat deshalb auch eine tiefere Frequenz als das hohe Meckern eines Lammes. Die Amplitude bestimmt hingegen die Lautstärke eines Tones. Sie gibt die maximale Auslenkung eines schwingenden Moleküls an.

  • Unterscheide zwischen zwei Schallwellen.

    Tipps

    Die Frequenz eines Tones kannst du anhand der Anzahl der Wellenberge abschätzen.

    Die Amplitude eines Tones erkennst du an der Höhe der einzelnen Wellenberge.

    Lösung

    Tonsignale kannst du durch ihre jeweilige Frequenz und Amplitude beschreiben. Die Frequenz bestimmt dabei die Tonhöhe und ist die Anzahl der Wellenberge pro Sekunde. Die Amplitude bestimmt die Lautstärke des Tones und ist im Tonsignal an der Höhe der einzelnen Wellenberge zu erkennen.

  • Beschreibe eine Schallwelle.

    Tipps

    Ein Hertz entspricht einer Schwingung pro Sekunde.

    Je schneller eine Schwingung ist, desto höher ist der Ton.

    Lösung

    Man kann die Eigenschaften einer Schallwelle durch ihre Amplitude und ihre Frequenz beschreiben. Die Frequenz ist dabei die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde, beziehungsweise die Anzahl der Wellenberge im Tonsignal pro Sekunde. Sie bestimmt die Höhe des Tones und wird in der Einheit Hertz (Hz) gemessen. Die Amplitude beschreibt hingegen, wie stark die Moleküle durch die Schallwelle ausgelenkt werden. Sie bestimmt, wie laut ein Ton zu hören ist. In einem Tonsignal erkennt man die Amplitude aus der Höhe der einzelnen Wellenberge.

  • Ordne den Schallquellen ihre Signale zu.

    Tipps

    Flöten haben einen sehr reinen Klang.

    Ein Schlag erzeugt ein kurzes Signal mit einer hohen Amplitude.

    Beim Sprechen treten viele unterschiedliche Frequenzen auf.

    Lösung

    Schallwellen, die nur eine einzige Frequenz mit einer entsprechenden Amplitude haben, werden als reiner Ton bezeichnet. Flöten können beispielsweise einen solchen reinen Ton erzeugen, oder du selbst beim Pfeifen.

    Andere Instrumente erzeugen Klänge, bei denen verschiedene Signale mit unterschiedlichen Frequenzen zur Schallwelle beitragen. Die Grundfrequenz bestimmt dabei die Höhe und die übrigen Frequenzen die Klangfarbe des Instruments. Eine Geige klingt zum Beispiel anders als ein Klavier, weil hier unterschiedliche Frequenzen miteinander vermischt sind. Weil die Frequenzen alle ganzzahlige Vielfache voneinander sind, sieht die Schwingung immer noch sehr gleichmäßig aus und zeigt ein sich wiederholendes Muster.

    Andere Schalleindrücke, wie das Sprechen oder der Knall, werden allgemein als Geräusche bezeichnet. Sie sind Überlagerungen von vielen verschiedenen Frequenzen und teilweise wechselnden Amplituden, die insgesamt kein regelmäßiges Schwingungsbild mehr ergeben. Jedoch gibt es auch hier meist eine oder wenige hervorstechende Frequenzen, welche die Höhe des Geräusches bestimmen. Der Knall ist dabei gut zu erkennen, weil die Amplitude des Signals sehr schnell abfällt.

  • Erkläre die Eigenschaften von Schall.

    Tipps

    Beim Schlag auf eine Trommel schwingen die Schallwellen wie das Fell der Trommel.

    Sichtbares Licht besteht aus elektromagnetischen Wellen.

    Wellen auf der Wasseroberfläche sind Transversalwellen.

    Lösung

    Schallwellen werden als mechanische Wellen bezeichnet, weil sie sich nur durch die Schwingungen der Moleküle in einem Medium ausbreiten können. Das Medium kann dabei gasförmig, flüssig, oder auch ein Festkörper sein, aber in einem Vakuum gibt es keinen Schall, weil es dort keine Moleküle gibt. Im Gegensatz dazu können sich elektromagnetische Wellen wie das sichtbare Licht auch ohne ein Medium fortpflanzen. Deshalb können wir hier auf der Erde die Sonne sehen, aber nicht hören.

    Man kann sich vorstellen, dass eine Schallwelle sich ausbreitet, indem ein bereits schwingendes Molekül das jeweils nächste Molekül anstubst und es dadurch ebenfalls zum Schwingen bringt. So breitet sich die Welle in die Richtung aus, in welche die Moleküle schwingen. Die Schwingung und die Ausbreitungsrichtung sind also parallel und die Schallwellen werden deshalb Longitudinalwellen genannt. Das Gegenteil der Longitudinalwelle ist die Transversalwelle, in der die Moleküle orthogonal zu der Ausbreitungsrichtung der Welle schwingen, wie beispielsweise die Wellen auf dem Meer.

  • Ordne die Töne nach ihrer Tonhöhe.

    Tipps

    Durch die jeweilige Anzahl der Wellenberge in den Bildern kannst du die Frequenzen abschätzen.

    Je höher die Frequenz, desto höher der Ton.

    Lösung

    Wie hoch oder tief ein Ton klingt, bestimmt seine Frequenz. Diese gibt an, wie oft ein Molekül in einer Sekunde durch die Schallwelle hin und her schwingt. Je schneller die Schwingung, desto höher ist die Frequenz und desto höher klingt auch der entsprechende Ton.

    Für die Tonsignale, die in diesen Bildern dargestellt sind, kann man die jeweilige Frequenz abschätzen, indem man die Wellenberge zählt. Je mehr Wellenberge zu sehen sind, desto höher ist die Frequenz.