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Physik · Klasse 9 und 10 · Kapitel

Andere ZahlenBasiswissenAlle Kapitel

Schall

EntdeckenDie Frage zum Kapitel

Warum zittert die Haut am Hals, wenn du summst?

Schreib eine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Für die Lehrkraft: Beim Summen schwingen die Stimmlippen im Kehlkopf hunderte Male pro Sekunde und übertragen die Schwingung auf die Luft und auf den Hals. Jeder Schall entsteht durch einen schwingenden Körper. Quelle: Ingo Titze, Principles of Voice Production, 1994

  • 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.

EntdeckenFrage

Warum zittert die Haut am Hals, wenn du summst?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Beim Summen schwingen die Stimmlippen im Kehlkopf hunderte Male pro Sekunde und übertragen die Schwingung auf die Luft und auf den Hals. Jeder Schall entsteht durch einen schwingenden Körper.

MerkenSchall entsteht durch Schwingung

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

BeispielLängen und Massen umrechnen

Rechne um: 1,5 t = ? kg
Schritt für Schritt
  1. 1 t = 1000 kg
  2. 1,5 · 1000 = 1500
  3. 1,5 t = 1500 kg
  1. 1 t = 1000 kg
  2. 1,5 · 1000 = 1500
  3. 1,5 t = 1500 kg
Ergebnis:
1500 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: 4000 g = ? kg
    So fängst du an:
    1 kg = 1000 g
    Lösung zeigen
    1. 1 kg = 1000 g
    2. 4000 : 1000 = 4
    3. 4000 g = 4 kg
    Ergebnis:
    4 kg
  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: 0,25 t = ? g
    Lösung zeigen
    1. 1 t = 1.000.000 g
    2. 0,25 · 1.000.000 = 250.000
    3. 0,25 t = 250.000 g
    Ergebnis:
    250.000 g

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

EntdeckenFrage

Wie laut ist laut genug, dass Arbeiter Gehörschutz tragen müssen?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Ab 85 Dezibel im Tagesdurchschnitt ist Gehörschutz Pflicht, ab 80 Dezibel muss der Arbeitgeber ihn bereitstellen. Die Lautstärke wird logarithmisch gemessen: Drei Dezibel mehr bedeuten doppelt so viel Schallenergie, und die erlaubte Zeit halbiert sich.

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 Summer auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
102030400t in msAuslenkung
Schritt für Schritt
  1. Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
  2. 5 Schwingungen dauern zusammen 40 ms
  3. T = 40 ms : 5 = 8 ms
  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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Ein Mikrofon nimmt einen gesungenen Ton auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
    153045600t 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 60 ms
    3. T = 60 ms : 5 = 12 ms
    Ergebnis:
    12 ms
  2. ●5
    Ein Mikrofon nimmt den Pfiff einer Trillerpfeife auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
    369120t in msAuslenkung
    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
  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.

EntdeckenFrage

Warum hören Hunde Pfeifen, die du nicht hörst?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Menschen hören etwa 20 bis 20.000 Hertz, Hunde bis rund 45.000 Hertz. Hertz sind die Schwingungen pro Sekunde. Je höher die Frequenz, desto höher der Ton.

MerkenFrequenz und Amplitude

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

BeispielFrequenz aus der Periodendauer

Ein Federpendel schwingt mit der Periodendauer T = 0,25 s. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
T = 0,25 sf = ?
Schritt für Schritt
  1. f = 1 : T, die Schwingungen je Sekunde
  2. f = 1 : 0,25 s
  3. f = 4 Hz
  1. f = 1 : T, die Schwingungen je Sekunde
  2. f = 1 : 0,25 s
  3. f = 4 Hz
Ergebnis:
4 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 = 0,002 s. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
    T = 0,002 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 : 0,002 s
    3. f = 500 Hz
    Ergebnis:
    500 Hz
  2. ●8
    Eine Schaukel schwingt in 30 s genau 12-mal hin und her. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
    eine Schwingungf = ?
    Lösung zeigen
    1. f = Zahl der Schwingungen : Zeit
    2. f = 12 : 30 s
    3. f = 0,4 Hz
    Ergebnis:
    0,4 Hz
  3. ★9
    Eine Stimmgabel 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.

EntdeckenFrage

Wie weit ist ein Gewitter entfernt, wenn zwischen Blitz und Donner sechs Sekunden vergehen?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Etwa zwei Kilometer. Das Licht des Blitzes ist praktisch sofort da, der Schall braucht für einen Kilometer rund drei Sekunden. In Luft von 20 Grad Celsius legt Schall 343 Meter pro Sekunde zurück.

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 8 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist die Baustelle entfernt? Berechne mit Einheit.
Hammerdus = ?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
    Du siehst einen Blitz. Den Donner hörst du 8 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist das Gewitter entfernt? Berechne mit Einheit.
    Blitzdus = ?t = 8 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 · 8 s
    3. s = 2720 m
    Ergebnis:
    2720 m
  2. ●11
    Auf der Baustelle gegenüber schlägt ein Hammer auf einen Pfahl. Den Schlag hörst du 5 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist die Baustelle entfernt? Berechne mit Einheit.
    Hammerdus = ?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
  3. ★12
    Ein Gewitter ist 3,4 km entfernt. Du siehst den Blitz (v = 340 m/s). Nach wie vielen Sekunden hörst du den Donner? Berechne mit Einheit.
    Blitzdus = 3,4 kmt = ?
    Lösung zeigen
    1. t = s : v, der Weg in Metern
    2. 3,4 km = 3400 m
    3. t = 3400 m : 340 m/s = 10 s
    Ergebnis:
    10 s

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

EntdeckenFrage

Warum hört man im Weltraum keine Explosionen, im Kinofilm aber schon?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Schall braucht Luft oder einen anderen Stoff, den er anstoßen kann. Im Vakuum gibt es keine Teilchen. Robert Boyle zeigte 1660: Eine Klingel unter einer Glasglocke wird leiser, wenn die Luft herausgepumpt wird.

MerkenSchall braucht einen Stoff

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

BeispielSchall in Luft, Wasser und Stahl

Ein Taucher schlägt zwei Steine unter Wasser aneinander. Ein zweiter Taucher hört es 2 s später (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie weit ist er entfernt?
SteineTauchers = ?t = 2 sWasser
Schritt für Schritt
  1. s = v · t mit v in Wasser
  2. s = 1500 m/s · 2 s
  3. s = 3000 m
  1. s = v · t mit v in Wasser
  2. s = 1500 m/s · 2 s
  3. s = 3000 m
Ergebnis:
3000 m

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Ein Wal ruft unter Wasser. Ein Messgerät hört ihn 2 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 = 2 sWasser
    So fängst du an:
    s = v · t mit v in Wasser
    Lösung zeigen
    1. s = v · t mit v in Wasser
    2. s = 1500 m/s · 2 s
    3. s = 3000 m
    Ergebnis:
    3000 m
  2. ●14
    Jemand klopft an ein Eisenbahngleis. Durch den Stahl hörst du es 0,2 s später (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie weit ist die Stelle entfernt?
    Klopfendus = ?t = 0,2 sStahl
    Lösung zeigen
    1. s = v · t mit v in Stahl
    2. s = 5000 m/s · 0,2 s
    3. s = 1000 m
    Ergebnis:
    1000 m
  3. ★15
    Eine Glocke läutet zugleich über und unter Wasser. Ein Boot ist 2040 m entfernt (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s). Wie viel früher kommt der Ton im Wasser an? Berechne mit Einheit.
    GlockeBoots = 2040 mΔt = ?Luft und Wasser
    Lösung zeigen
    1. Erst jede Laufzeit einzeln: t = s : v
    2. Luft: 2040 m : 340 m/s = 6 s, Wasser: 2040 m : 1500 m/s = 1,36 s
    3. Δt = 6 s − 1,36 s = 4,64 s
    Ergebnis:
    4,64 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 Stimmgabel auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie groß ist die Periodendauer T? 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
  2. ●17
    Zwei Stimmgabeln klingen nacheinander. Das Bild zeigt beide, gleich lange aufgenommen. Welcher Ton ist höher? Begründe mit dem Bild.
    Ton ATon Bgleiche Zeitspanne
    Lösung zeigen
    1. Für die Tonhöhe zählt, wie viele Schwingungen in derselben Zeit liegen.
    2. Ton A hat mehr Schwingungen, die Ausschläge sind gleich groß.
    3. Also: Ton A ist höher.
    Ergebnis:
    Ton A: Er schwingt in derselben Zeit häufiger.
  3. ●18
    Ein Kolibriflügel schwingt in 0,5 s genau 25-mal hin und her. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
    eine Schwingungf = ?
    Lösung zeigen
    1. f = Zahl der Schwingungen : Zeit
    2. f = 25 : 0,5 s
    3. f = 50 Hz
    Ergebnis:
    50 Hz
  4. ●19
    Eine Stimmgabel schwingt mit der Frequenz 500 Hz. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
    T = ?f = 500 Hz
    Lösung zeigen
    1. T = 1 : f, die Zeit für eine Schwingung
    2. T = 1 : 500 Hz
    3. T = 0,002 s
    Ergebnis:
    0,002 s
  5. ●20
    Am Waldrand schlägt jemand mit der Axt auf einen Baum. Den Schlag hörst du 5 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist der Baum entfernt? Berechne mit Einheit.
    Axtdus = ?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
    Jemand klopft an ein Eisenbahngleis. Durch den Stahl hörst du es 0,3 s später (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie weit ist die Stelle entfernt?
    Klopfendus = ?t = 0,3 sStahl
    Lösung zeigen
    1. s = v · t mit v in Stahl
    2. s = 5000 m/s · 0,3 s
    3. s = 1500 m
    Ergebnis:
    1500 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: 750 g = ? kg
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,75 kg

  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.
    61218240t in msAuslenkung
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    8 ms

  3. Ich beschreibe Frequenz und Amplitude.

    24
    Ein Kolibriflügel schwingt in 0,5 s genau 30-mal hin und her. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
    eine Schwingungf = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    60 Hz

  4. Ich rechne mit der Schallgeschwindigkeit.

    25
    Du siehst einen Blitz. Den Donner hörst du 8 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist das Gewitter entfernt? Berechne mit Einheit.
    Blitzdus = ?t = 8 s
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    2720 m

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

    26
    Ein Wal ruft unter Wasser. Ein Messgerät hört ihn 0,4 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 = 0,4 sWasser
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    600 m

  6. Ich beurteile Lärm und Gehörschutz.

    27
    Ein Mikrofon nimmt den Ton einer Geige auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
    510150t in msAuslenkung
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    3 ms

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

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

Warum zittert die Haut am Hals, wenn du summst?

Lies deine Vermutung vom Anfang. Kannst du die Frage jetzt mit dem Kapitel beantworten?

Auflösung

Beim Summen schwingen die Stimmlippen im Kehlkopf hunderte Male pro Sekunde und übertragen die Schwingung auf die Luft und auf den Hals. Jeder Schall entsteht durch einen schwingenden Körper.

Lösungen

  1. 4 kg
  2. 0,35 kg
  3. 250.000 g
  4. 12 ms
  5. 4 ms
  6. 250 Hz
  7. 500 Hz
  8. 0,4 Hz
  9. 1000 Hz
  10. 2720 m
  11. 1700 m
  12. 10 s
  13. 3000 m
  14. 1000 m
  15. 4,64 s
  16. 8 ms
  17. Ton A: Er schwingt in derselben Zeit häufiger.
  18. 50 Hz
  19. 0,002 s
  20. 1700 m
  21. 1500 m
  22. 0,75 kg
  23. 8 ms
  24. 60 Hz
  25. 2720 m
  26. 600 m
  27. 3 ms