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Physik · Klasse 9 und 10 · Kapitel

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Schall

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich beschreibe, wie Schall entsteht und sich ausbreitet.

MerkenSchall entsteht durch Schwingung

Etwas schwingt, die Luft schwingt mit, das Trommelfell schwingt mit – so hören wir.

BeispielLängen und Massen umrechnen

Rechne um: 800 m = ? km
Schritt für Schritt
  1. 1 km = 1000 m
  2. 800 : 1000 = 0,8
  3. 800 m = 0,8 km
  1. 1 km = 1000 m
  2. 800 : 1000 = 0,8
  3. 800 m = 0,8 km
Ergebnis:
0,8 km

AchtungMinuten als Dezimalstellen

So nicht
¼ h = 25 min
So richtig
¼ h = 60 : 4 = 15 min

Denk an die Uhr: Eine Stunde hat 60 Minuten.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Rechne um: 7 km = ? m
    So fängst du an:
    1 km = 1000 m
    Lösung zeigen
    1. 1 km = 1000 m
    2. 7 · 1000 = 7000
    3. 7 km = 7000 m
    Ergebnis:
    7000 m
  2. ●2
    Rechne um: 4,5 m = ? cm
    Lösung zeigen
    1. 1 m = 100 cm
    2. 4,5 · 100 = 450
    3. 4,5 m = 450 cm
    Ergebnis:
    450 cm
  3. ★3
    Rechne um: 120.000 cm = ? km
    Lösung zeigen
    1. 1 km = 100.000 cm
    2. 120.000 : 100.000 = 1,2
    3. 120.000 cm = 1,2 km
    Ergebnis:
    1,2 km

2Ich unterscheide hohe und tiefe, laute und leise Töne.

MerkenHoch und laut sind zwei Dinge

Die Frequenz (Hz) bestimmt die Tonhöhe, die Amplitude die Lautstärke.

Ein hoher Ton kann leise sein.

BeispielSchwingungsbild ablesen

Ein Mikrofon nimmt einen gesungenen Ton auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie groß ist die Periodendauer T? Berechne mit Einheit.
1,534,560t in msAuslenkung
Schritt für Schritt
  1. Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
  2. 5 Schwingungen dauern zusammen 6 ms
  3. T = 6 ms : 5 = 1,2 ms
  1. Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
  2. 5 Schwingungen dauern zusammen 6 ms
  3. T = 6 ms : 5 = 1,2 ms
Ergebnis:
1,2 ms

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Ein Mikrofon nimmt einen gesungenen Ton auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
    12340t in msAuslenkung
    So fängst du an:
    Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
    Lösung zeigen
    1. Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
    2. 5 Schwingungen dauern zusammen 4 ms
    3. T = 4 ms : 5 = 0,8 ms
    Ergebnis:
    0,8 ms
  2. ●5
    Ein Mikrofon nimmt den Ton einer Stimmgabel auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
    102030400t in msAuslenkung
    Lösung zeigen
    1. Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
    2. 5 Schwingungen dauern zusammen 40 ms
    3. T = 40 ms : 5 = 8 ms
    Ergebnis:
    8 ms
  3. ★6
    Ein Mikrofon nimmt den Pfiff einer Trillerpfeife auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Lies die Periodendauer ab. Welche Frequenz hat der Ton?
    51015200t in msAuslenkung
    Lösung zeigen
    1. Erst T über mehrere Schwingungen ablesen, dann f = 1 : T
    2. T = 20 ms : 5 = 4 ms = 0,004 s
    3. f = 1 : 0,004 s = 250 Hz
    Ergebnis:
    250 Hz

3Ich beschreibe Frequenz und Amplitude.

MerkenFrequenz und Amplitude

Frequenz: Schwingungen pro Sekunde, Einheit Hertz. Amplitude: wie weit es ausschlägt.

BeispielFrequenz aus der Periodendauer

Eine Gitarrensaite schwingt in 2 s genau 440-mal hin und her. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
eine Schwingungf = ?
Schritt für Schritt
  1. f = Zahl der Schwingungen : Zeit
  2. f = 440 : 2 s
  3. f = 220 Hz
  1. f = Zahl der Schwingungen : Zeit
  2. f = 440 : 2 s
  3. f = 220 Hz
Ergebnis:
220 Hz

AchtungFrequenz und Periodendauer nicht als Kehrwert

So nicht
T = 0,02 s, also f = 0,02 Hz
So richtig
f = 1 : 0,02 s = 50 Hz

Frag, wie viele Schwingungen in eine Sekunde passen: f = 1 : T.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Die Membran eines Lautsprechers schwingt mit der Periodendauer T = 0,001 s. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
    T = 0,001 sf = ?
    So fängst du an:
    f = 1 : T, die Schwingungen je Sekunde
    Lösung zeigen
    1. f = 1 : T, die Schwingungen je Sekunde
    2. f = 1 : 0,001 s
    3. f = 1000 Hz
    Ergebnis:
    1000 Hz
  2. ●8
    Eine Stimmgabel schwingt in 2 s genau 880-mal hin und her. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
    eine Schwingungf = ?
    Lösung zeigen
    1. f = Zahl der Schwingungen : Zeit
    2. f = 880 : 2 s
    3. f = 440 Hz
    Ergebnis:
    440 Hz
  3. ★9
    Ein Summer schwingt mit der Periodendauer T = 1 ms. Welche Frequenz in Hertz hat der Ton? Berechne mit Einheit.
    T = 1 msf = ?
    Lösung zeigen
    1. f = 1 : T, die Zeit in Sekunden
    2. 1 ms = 0,001 s
    3. f = 1 : 0,001 s = 1000 Hz
    Ergebnis:
    1000 Hz

4Ich rechne mit der Schallgeschwindigkeit.

MerkenSchallgeschwindigkeit

In Luft etwa 340 m/s. Deshalb kommt der Donner nach dem Blitz: 3 Sekunden ≈ 1 km.

BeispielSchall braucht Zeit

Auf der Baustelle gegenüber schlägt ein Hammer auf einen Pfahl. Den Schlag hörst du 9 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist die Baustelle entfernt? Berechne mit Einheit.
Hammerdus = ?t = 9 s
Schritt für Schritt
  1. s = v · t, das Licht ist fast sofort da
  2. s = 340 m/s · 9 s
  3. s = 3060 m
  1. s = v · t, das Licht ist fast sofort da
  2. s = 340 m/s · 9 s
  3. s = 3060 m
Ergebnis:
3060 m

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Du siehst einen Blitz. Den Donner hörst du 6 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist das Gewitter entfernt? Berechne mit Einheit.
    Blitzdus = ?t = 6 s
    So fängst du an:
    s = v · t, das Licht ist fast sofort da
    Lösung zeigen
    1. s = v · t, das Licht ist fast sofort da
    2. s = 340 m/s · 6 s
    3. s = 2040 m
    Ergebnis:
    2040 m
  2. ●11
    Auf der Baustelle gegenüber schlägt ein Hammer auf einen Pfahl. Den Schlag hörst du 8 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist die Baustelle entfernt? Berechne mit Einheit.
    Hammerdus = ?t = 8 s
    Lösung zeigen
    1. s = v · t, das Licht ist fast sofort da
    2. s = 340 m/s · 8 s
    3. s = 2720 m
    Ergebnis:
    2720 m
  3. ★12
    Ein Gewitter ist 3,06 km entfernt. Du siehst den Blitz (v = 340 m/s). Nach wie vielen Sekunden hörst du den Donner? Berechne mit Einheit.
    Blitzdus = 3,06 kmt = ?
    Lösung zeigen
    1. t = s : v, der Weg in Metern
    2. 3,06 km = 3060 m
    3. t = 3060 m : 340 m/s = 9 s
    Ergebnis:
    9 s

5Ich erkläre, warum Schall im Vakuum nicht hörbar ist.

MerkenSchall braucht einen Stoff

Im Vakuum gibt es nichts zum Schwingen – deshalb ist es im Weltall still.

BeispielSchall in Luft, Wasser und Stahl

Jemand klopft an ein Eisenbahngleis. Durch den Stahl hörst du es 0,1 s später (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie weit ist die Stelle entfernt?
Klopfendus = ?t = 0,1 sStahl
Schritt für Schritt
  1. s = v · t mit v in Stahl
  2. s = 5000 m/s · 0,1 s
  3. s = 500 m
  1. s = v · t mit v in Stahl
  2. s = 5000 m/s · 0,1 s
  3. s = 500 m
Ergebnis:
500 m

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Am Ende eines Stahlgeländers klopft jemand. Durch den Stahl hörst du es 0,02 s später (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie lang ist das Geländer? Berechne mit Einheit.
    Klopfendus = ?t = 0,02 sStahl
    So fängst du an:
    s = v · t mit v in Stahl
    Lösung zeigen
    1. s = v · t mit v in Stahl
    2. s = 5000 m/s · 0,02 s
    3. s = 100 m
    Ergebnis:
    100 m
  2. ●14
    Am Ende eines Stahlgeländers klopft jemand. Durch den Stahl hörst du es 0,04 s später (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie lang ist das Geländer? Berechne mit Einheit.
    Klopfendus = ?t = 0,04 sStahl
    Lösung zeigen
    1. s = v · t mit v in Stahl
    2. s = 5000 m/s · 0,04 s
    3. s = 200 m
    Ergebnis:
    200 m
  3. ★15
    Eine Glocke läutet zugleich über und unter Wasser. Ein Boot ist 1530 m entfernt (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s). Wie viel früher kommt der Ton im Wasser an? Berechne mit Einheit.
    GlockeBoots = 1530 mΔt = ?Luft und Wasser
    Lösung zeigen
    1. Erst jede Laufzeit einzeln: t = s : v
    2. Luft: 1530 m : 340 m/s = 4,5 s, Wasser: 1530 m : 1500 m/s = 1,02 s
    3. Δt = 4,5 s − 1,02 s = 3,48 s
    Ergebnis:
    3,48 s

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●16
    Ein Mikrofon nimmt den Ton einer Klarinette auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
    51015200t in msAuslenkung
    Lösung zeigen
    1. Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
    2. 5 Schwingungen dauern zusammen 20 ms
    3. T = 20 ms : 5 = 4 ms
    Ergebnis:
    4 ms
  2. ●17
    Eine Gitarre spielt zwei Töne. Das Bild zeigt beide, gleich lange aufgenommen. Welcher Ton ist lauter?
    Ton ATon Bgleiche Zeitspanne
    Lösung zeigen
    1. Für die Lautstärke zählt, wie groß der Ausschlag ist.
    2. Ton A hat mehr Schwingungen, die Ausschläge sind gleich groß.
    3. Also: Die Töne sind gleich laut.
    Ergebnis:
    Die Töne sind gleich laut.
  3. ●18
    Eine Stimmgabel schwingt mit der Periodendauer T = 0,002 s. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
    T = 0,002 sf = ?
    Lösung zeigen
    1. f = 1 : T, die Schwingungen je Sekunde
    2. f = 1 : 0,002 s
    3. f = 500 Hz
    Ergebnis:
    500 Hz
  4. ●19
    Eine Gitarrensaite schwingt mit der Frequenz 250 Hz. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
    T = ?f = 250 Hz
    Lösung zeigen
    1. T = 1 : f, die Zeit für eine Schwingung
    2. T = 1 : 250 Hz
    3. T = 0,004 s
    Ergebnis:
    0,004 s
  5. ●20
    Du siehst einen Blitz. Den Donner hörst du 5 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist das Gewitter entfernt? Berechne mit Einheit.
    Blitzdus = ?t = 5 s
    Lösung zeigen
    1. s = v · t, das Licht ist fast sofort da
    2. s = 340 m/s · 5 s
    3. s = 1700 m
    Ergebnis:
    1700 m
  6. ●21
    Am Ende eines Stahlgeländers klopft jemand. Durch den Stahl hörst du es 0,1 s später (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie lang ist das Geländer? Berechne mit Einheit.
    Klopfendus = ?t = 0,1 sStahl
    Lösung zeigen
    1. s = v · t mit v in Stahl
    2. s = 5000 m/s · 0,1 s
    3. s = 500 m
    Ergebnis:
    500 m

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Schall entsteht durch Schwingung
Etwas schwingt, die Luft schwingt mit, das Trommelfell schwingt mit – so hören wir.
Hoch und laut sind zwei Dinge
Die Frequenz (Hz) bestimmt die Tonhöhe, die Amplitude die Lautstärke.
Frequenz und Amplitude
Frequenz: Schwingungen pro Sekunde, Einheit Hertz. Amplitude: wie weit es ausschlägt.
Schallgeschwindigkeit
In Luft etwa 340 m/s. Deshalb kommt der Donner nach dem Blitz: 3 Sekunden ≈ 1 km.
Schall braucht einen Stoff
Im Vakuum gibt es nichts zum Schwingen – deshalb ist es im Weltall still.

AchtungSchall- mit Lichtgeschwindigkeit verwechselt

So nicht
Blitz gesehen, nach 6 s Donner → das Gewitter ist 6 km weit weg
So richtig
s = 340 m/s · 6 s ≈ 2040 m ≈ 2 km  (Schall braucht rund 3 s je Kilometer)

Licht ist praktisch sofort da, Schall braucht 3 Sekunden je Kilometer.

AchtungHoch mit laut verwechselt

So nicht
lauter gezupft → der Ton wird höher
So richtig
lauter gezupft → größere Amplitude → lauter. Höher wird er nur bei größerer Frequenz (kürzere Saite)

Frequenz = Tonhöhe, Amplitude = Lautstärke. Zwei verschiedene Dinge.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

  1. Ich beschreibe, wie Schall entsteht und sich ausbreitet.

    22
    Rechne um: 7 km = ? m
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    7000 m

  2. Ich unterscheide hohe und tiefe, laute und leise Töne.

    23
    Ein Mikrofon nimmt den Ton einer Klarinette auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie groß ist die Periodendauer T? Berechne mit Einheit.
    1,534,560t in msAuslenkung
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,2 ms

  3. Ich beschreibe Frequenz und Amplitude.

    24
    Eine Gitarrensaite schwingt in 3 s genau 660-mal hin und her. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
    eine Schwingungf = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    220 Hz

  4. Ich rechne mit der Schallgeschwindigkeit.

    25
    Am Waldrand schlägt jemand mit der Axt auf einen Baum. Den Schlag hörst du 2 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist der Baum entfernt? Berechne mit Einheit.
    Axtdus = ?t = 2 s
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    680 m

  5. Ich erkläre, warum Schall im Vakuum nicht hörbar ist.

    26
    Jemand klopft an ein Eisenbahngleis. Durch den Stahl hörst du es 0,5 s später (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie weit ist die Stelle entfernt?
    Klopfendus = ?t = 0,5 sStahl
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    2500 m

  6. Ich beurteile Lärm und Gehörschutz.

    27
    Ein Mikrofon nimmt den Ton einer Stimmgabel auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie groß ist die Periodendauer T? Berechne mit Einheit.
    24680t in msAuslenkung
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,6 ms

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Lösungen

  1. 7000 m
  2. 450 cm
  3. 1,2 km
  4. 0,8 ms
  5. 8 ms
  6. 250 Hz
  7. 1000 Hz
  8. 440 Hz
  9. 1000 Hz
  10. 2040 m
  11. 2720 m
  12. 9 s
  13. 100 m
  14. 200 m
  15. 3,48 s
  16. 4 ms
  17. Die Töne sind gleich laut.
  18. 500 Hz
  19. 0,004 s
  20. 1700 m
  21. 500 m
  22. 7000 m
  23. 1,2 ms
  24. 220 Hz
  25. 680 m
  26. 2500 m
  27. 1,6 ms