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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: 2 t = ? kg
Schritt für Schritt
  1. 1 t = 1000 kg
  2. 2 · 1000 = 2000
  3. 2 t = 2000 kg
  1. 1 t = 1000 kg
  2. 2 · 1000 = 2000
  3. 2 t = 2000 kg
Ergebnis:
2000 kg

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: 150 cm = ? m
    So fängst du an:
    1 m = 100 cm
    Lösung zeigen
    1. 1 m = 100 cm
    2. 150 : 100 = 1,5
    3. 150 cm = 1,5 m
    Ergebnis:
    1,5 m
  2. ●2
    Rechne um: 350 g = ? kg
    Lösung zeigen
    1. 1 kg = 1000 g
    2. 350 : 1000 = 0,35
    3. 350 g = 0,35 kg
    Ergebnis:
    0,35 kg
  3. ★3
    Rechne um: 480 mm = ? m
    Lösung zeigen
    1. 1 m = 1000 mm
    2. 480 : 1000 = 0,48
    3. 480 mm = 0,48 m
    Ergebnis:
    0,48 m

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 den Ton einer Klarinette auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie groß ist die Periodendauer T? Berechne mit Einheit.
24680t in msAuslenkung
Schritt für Schritt
  1. Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
  2. 5 Schwingungen dauern zusammen 8 ms
  3. T = 8 ms : 5 = 1,6 ms
  1. Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
  2. 5 Schwingungen dauern zusammen 8 ms
  3. T = 8 ms : 5 = 1,6 ms
Ergebnis:
1,6 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.
    369120t 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. 3 Schwingungen dauern zusammen 12 ms
    3. T = 12 ms : 3 = 4 ms
    Ergebnis:
    4 ms
  2. ●5
    Ein Mikrofon nimmt den Pfiff einer Trillerpfeife auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie groß ist die Periodendauer T? Berechne mit Einheit.
    7,51522,5300t in msAuslenkung
    Lösung zeigen
    1. Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
    2. 5 Schwingungen dauern zusammen 30 ms
    3. T = 30 ms : 5 = 6 ms
    Ergebnis:
    6 ms
  3. ★6
    Ein Mikrofon nimmt eine Flötennote auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Lies die Periodendauer ab. Welche Frequenz hat der Ton?
    1,534,560t in msAuslenkung
    Lösung zeigen
    1. Erst T über mehrere Schwingungen ablesen, dann f = 1 : T
    2. T = 6 ms : 6 = 1 ms = 0,001 s
    3. f = 1 : 0,001 s = 1000 Hz
    Ergebnis:
    1000 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 Boje auf den Wellen schwingt mit der Periodendauer T = 5 s. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
T = 5 sf = ?
Schritt für Schritt
  1. f = 1 : T, die Schwingungen je Sekunde
  2. f = 1 : 5 s
  3. f = 0,2 Hz
  1. f = 1 : T, die Schwingungen je Sekunde
  2. f = 1 : 5 s
  3. f = 0,2 Hz
Ergebnis:
0,2 Hz

Achtung„Teilen macht kleiner“ – auch durch Zahlen unter 1

So nicht
3 : 0,5 = 1,5
So richtig
3 : 0,5 = 6

Frag dich: Wie oft passt die Zahl hinein? Bei Zahlen unter 1 öfter als einmal.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Eine Gitarrensaite schwingt in 0,5 s genau 165-mal hin und her. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
    eine Schwingungf = ?
    So fängst du an:
    f = Zahl der Schwingungen : Zeit
    Lösung zeigen
    1. f = Zahl der Schwingungen : Zeit
    2. f = 165 : 0,5 s
    3. f = 330 Hz
    Ergebnis:
    330 Hz
  2. ●8
    Eine Stimmgabel schwingt in 0,5 s genau 440-mal hin und her. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
    eine Schwingungf = ?
    Lösung zeigen
    1. f = Zahl der Schwingungen : Zeit
    2. f = 440 : 0,5 s
    3. f = 880 Hz
    Ergebnis:
    880 Hz
  3. ★9
    Die Membran eines Lautsprechers schwingt mit der Periodendauer T = 10 ms. Welche Frequenz in Hertz hat der Ton? Berechne mit Einheit.
    T = 10 msf = ?
    Lösung zeigen
    1. f = 1 : T, die Zeit in Sekunden
    2. 10 ms = 0,01 s
    3. f = 1 : 0,01 s = 100 Hz
    Ergebnis:
    100 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

Über dem See platzt eine Feuerwerksrakete. Den Knall hörst du 8 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist die Rakete entfernt? Berechne mit Einheit.
Raketedus = ?t = 8 s
Schritt für Schritt
  1. s = v · t, das Licht ist fast sofort da
  2. s = 340 m/s · 8 s
  3. s = 2720 m
  1. s = v · t, das Licht ist fast sofort da
  2. s = 340 m/s · 8 s
  3. s = 2720 m
Ergebnis:
2720 m

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Über dem See platzt eine Feuerwerksrakete. Den Knall hörst du 2 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist die Rakete entfernt? Berechne mit Einheit.
    Raketedus = ?t = 2 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 · 2 s
    3. s = 680 m
    Ergebnis:
    680 m
  2. ●11
    Über dem See platzt eine Feuerwerksrakete. Den Knall hörst du 4 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist die Rakete entfernt? Berechne mit Einheit.
    Raketedus = ?t = 4 s
    Lösung zeigen
    1. s = v · t, das Licht ist fast sofort da
    2. s = 340 m/s · 4 s
    3. s = 1360 m
    Ergebnis:
    1360 m
  3. ★12
    Am Waldrand, 1,7 km entfernt, schlägt jemand mit der Axt auf einen Baum (v = 340 m/s). Nach wie vielen Sekunden hörst du den Schlag? Berechne mit Einheit.
    Axtdus = 1,7 kmt = ?
    Lösung zeigen
    1. t = s : v, der Weg in Metern
    2. 1,7 km = 1700 m
    3. t = 1700 m : 340 m/s = 5 s
    Ergebnis:
    5 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 0,04 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
    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 · 0,04 s
    3. s = 200 m
    Ergebnis:
    200 m
  2. ●14
    Ein Taucher schlägt zwei Steine unter Wasser aneinander. Ein zweiter Taucher hört es 0,8 s später (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie weit ist er entfernt?
    SteineTauchers = ?t = 0,8 sWasser
    Lösung zeigen
    1. s = v · t mit v in Wasser
    2. s = 1500 m/s · 0,8 s
    3. s = 1200 m
    Ergebnis:
    1200 m
  3. ★15
    Eine Glocke läutet zugleich über und unter Wasser. Ein Boot ist 1785 m entfernt (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s). Wie viel früher kommt der Ton im Wasser an? Berechne mit Einheit.
    GlockeBoots = 1785 mΔt = ?Luft und Wasser
    Lösung zeigen
    1. Erst jede Laufzeit einzeln: t = s : v
    2. Luft: 1785 m : 340 m/s = 5,25 s, Wasser: 1785 m : 1500 m/s = 1,19 s
    3. Δt = 5,25 s − 1,19 s = 4,06 s
    Ergebnis:
    4,06 s

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●16
    Eine Sängerin singt zwei Töne. Das Bild zeigt beide, gleich lange aufgenommen. Welcher Ton ist höher?
    Ton ATon Bgleiche Zeitspanne
    Lösung zeigen
    1. Für die Tonhöhe zählt, wie viele Schwingungen in derselben Zeit liegen.
    2. Ton B hat mehr Schwingungen, die Ausschläge sind gleich groß.
    3. Also: Ton B ist höher als Ton A.
    Ergebnis:
    Ton B ist höher als Ton A.
  2. ●17
    Ein Federpendel schwingt mit der Frequenz 4 Hz. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
    T = ?f = 4 Hz
    Lösung zeigen
    1. T = 1 : f, die Zeit für eine Schwingung
    2. T = 1 : 4 Hz
    3. T = 0,25 s
    Ergebnis:
    0,25 s
  3. ●18
    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
    1. s = v · t, das Licht ist fast sofort da
    2. s = 340 m/s · 2 s
    3. s = 680 m
    Ergebnis:
    680 m
  4. ●19
    Ein Wal ruft unter Wasser. Ein Messgerät hört ihn 3 s später (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie weit ist der Wal entfernt? Berechne mit Einheit.
    WalMessgeräts = ?t = 3 sWasser
    Lösung zeigen
    1. s = v · t mit v in Wasser
    2. s = 1500 m/s · 3 s
    3. s = 4500 m
    Ergebnis:
    4500 m
  5. ●20
    Eine Geige spielt zwei Töne. Das Bild zeigt beide, gleich lange aufgenommen. Welcher Ton ist lauter? Begründe mit dem Bild.
    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: Gleich laut: Beide schlagen gleich weit aus.
    Ergebnis:
    Gleich laut: Beide schlagen gleich weit aus.
  6. ●21
    Eine Stimmgabel schwingt mit der Periodendauer T = 0,005 s. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
    T = 0,005 sf = ?
    Lösung zeigen
    1. f = 1 : T, die Schwingungen je Sekunde
    2. f = 1 : 0,005 s
    3. f = 200 Hz
    Ergebnis:
    200 Hz

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: 400 m = ? km
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,4 km

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

    23
    Ein Mikrofon nimmt den Ton einer Geige auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
    61218240t in msAuslenkung
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    8 ms

  3. Ich beschreibe Frequenz und Amplitude.

    24
    Eine Schaukel schwingt in 10 s genau 4-mal hin und her. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
    eine Schwingungf = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,4 Hz

  4. Ich rechne mit der Schallgeschwindigkeit.

    25
    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
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    2040 m

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

    26
    Ein Wal ruft unter Wasser. Ein Messgerät hört ihn 0,5 s später (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie weit ist der Wal entfernt? Berechne mit Einheit.
    WalMessgeräts = ?t = 0,5 sWasser
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    750 m

  6. Ich beurteile Lärm und Gehörschutz.

    27
    Ein Mikrofon nimmt einen gesungenen Ton auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie groß ist die Periodendauer T? Berechne mit Einheit.
    61218240t in msAuslenkung
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    8 ms

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

Lösungen

  1. 1,5 m
  2. 0,35 kg
  3. 0,48 m
  4. 4 ms
  5. 6 ms
  6. 1000 Hz
  7. 330 Hz
  8. 880 Hz
  9. 100 Hz
  10. 680 m
  11. 1360 m
  12. 5 s
  13. 200 m
  14. 1200 m
  15. 4,06 s
  16. Ton B ist höher als Ton A.
  17. 0,25 s
  18. 680 m
  19. 4500 m
  20. Gleich laut: Beide schlagen gleich weit aus.
  21. 200 Hz
  22. 0,4 km
  23. 8 ms
  24. 0,4 Hz
  25. 2040 m
  26. 750 m
  27. 8 ms