Physik · Klasse 9 und 10 · Kapitel

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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: 0,5 kg = ? g

Schritt für Schritt

1 kg = 1000 g
0,5 · 1000 = 500
0,5 kg = 500 g

1 kg = 1000 g
0,5 · 1000 = 500
0,5 kg = 500 g

Ergebnis:

500 g

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
Rechne um: 500 g = ? kg
So fängst du an:
1 kg = 1000 g
Lösung zeigen
1. 1 kg = 1000 g
2. 500 : 1000 = 0,5
3. 500 g = 0,5 kg
Ergebnis:
0,5 kg
●2
Rechne um: 6 m = ? cm
Lösung zeigen
1. 1 m = 100 cm
2. 6 · 100 = 600
3. 6 m = 600 cm
Ergebnis:
600 cm
★3
Rechne um: 3500 mm = ? m
Lösung zeigen
1. 1 m = 1000 mm
2. 3500 : 1000 = 3,5
3. 3500 mm = 3,5 m
Ergebnis:
3,5 m

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 den Pfiff einer Trillerpfeife auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie groß ist die Periodendauer T? Berechne mit Einheit.

Schritt für Schritt

Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
5 Schwingungen dauern zusammen 6 ms
T = 6 ms : 5 = 1,2 ms

Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
5 Schwingungen dauern zusammen 6 ms
T = 6 ms : 5 = 1,2 ms

Ergebnis:

1,2 ms

ÜbenJetzt du

○4
Ein Mikrofon nimmt den Ton einer Stimmgabel auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie groß ist die Periodendauer T? Berechne mit Einheit.
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 20 ms
3. T = 20 ms : 5 = 4 ms
Ergebnis:
4 ms
●5
Ein Mikrofon nimmt einen gesungenen Ton auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie groß ist die Periodendauer T? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
1. Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
2. 4 Schwingungen dauern zusammen 24 ms
3. T = 24 ms : 4 = 6 ms
Ergebnis:
6 ms
★6
Ein Mikrofon nimmt eine Flötennote auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Lies die Periodendauer ab. Welche Frequenz hat der Ton?
Lösung zeigen
1. Erst T über mehrere Schwingungen ablesen, dann f = 1 : T
2. T = 30 ms : 3 = 10 ms = 0,01 s
3. f = 1 : 0,01 s = 100 Hz
Ergebnis:
100 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

Eine Stimmgabel schwingt mit der Periodendauer T = 0,002 s. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.

Schritt für Schritt

f = 1 : T, die Schwingungen je Sekunde
f = 1 : 0,002 s
f = 500 Hz

f = 1 : T, die Schwingungen je Sekunde
f = 1 : 0,002 s
f = 500 Hz

Ergebnis:

500 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

○7
Eine Stimmgabel schwingt mit der Periodendauer T = 0,004 s. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
So fängst du an:
f = 1 : T, die Schwingungen je Sekunde
Lösung zeigen
1. f = 1 : T, die Schwingungen je Sekunde
2. f = 1 : 0,004 s
3. f = 250 Hz
Ergebnis:
250 Hz
●8
Eine Gitarrensaite schwingt in 3 s genau 990-mal hin und her. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
1. f = Zahl der Schwingungen : Zeit
2. f = 990 : 3 s
3. f = 330 Hz
Ergebnis:
330 Hz
★9
Ein Summer schwingt mit der Periodendauer T = 25 ms. Welche Frequenz in Hertz hat der Ton? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
1. f = 1 : T, die Zeit in Sekunden
2. 25 ms = 0,025 s
3. f = 1 : 0,025 s = 40 Hz
Ergebnis:
40 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 5 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist die Baustelle entfernt? Berechne mit Einheit.

Schritt für Schritt

s = v · t, das Licht ist fast sofort da
s = 340 m/s · 5 s
s = 1700 m

s = v · t, das Licht ist fast sofort da
s = 340 m/s · 5 s
s = 1700 m

Ergebnis:

1700 m

ÜbenJetzt du

○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.
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
●11
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.
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
★12
Eine Feuerwerksrakete platzt 1,36 km entfernt (v = 340 m/s). Nach wie vielen Sekunden hörst du den Knall? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
1. t = s : v, der Weg in Metern
2. 1,36 km = 1360 m
3. t = 1360 m : 340 m/s = 4 s
Ergebnis:
4 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 0,2 s später (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie weit ist er entfernt?

Schritt für Schritt

s = v · t mit v in Wasser
s = 1500 m/s · 0,2 s
s = 300 m

s = v · t mit v in Wasser
s = 1500 m/s · 0,2 s
s = 300 m

Ergebnis:

300 m

ÜbenJetzt du

○13
Ein Wal ruft unter Wasser. Ein Messgerät hört ihn 0,8 s später (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie weit ist der Wal entfernt? Berechne mit Einheit.
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 · 0,8 s
3. s = 1200 m
Ergebnis:
1200 m
●14
Ein Taucher schlägt zwei Steine unter Wasser aneinander. Ein zweiter Taucher hört es 0,6 s später (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie weit ist er entfernt?
Lösung zeigen
1. s = v · t mit v in Wasser
2. s = 1500 m/s · 0,6 s
3. s = 900 m
Ergebnis:
900 m
★15
Jemand schlägt auf ein 3400 m langes Stahlgeländer. Du hörst den Schlag zweimal (Luft 340 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie viele Sekunden liegen dazwischen? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
1. Erst jede Laufzeit einzeln: t = s : v
2. Luft: 3400 m : 340 m/s = 10 s, Stahl: 3400 m : 5000 m/s = 0,68 s
3. Δt = 10 s − 0,68 s = 9,32 s
Ergebnis:
9,32 s

Vermischte Übungen

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

Üben

●16
Ein Mikrofon nimmt den Ton einer Gitarre auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
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
●17
Zwei Stimmgabeln klingen nacheinander. Das Bild zeigt beide, gleich lange aufgenommen. Welcher Ton ist lauter? Begründe mit dem Bild.
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.
●18
Die Membran eines Lautsprechers schwingt mit der Periodendauer T = 0,001 s. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
1. f = 1 : T, die Schwingungen je Sekunde
2. f = 1 : 0,001 s
3. f = 1000 Hz
Ergebnis:
1000 Hz
●19
Eine Stimmgabel schwingt mit der Frequenz 200 Hz. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
1. T = 1 : f, die Zeit für eine Schwingung
2. T = 1 : 200 Hz
3. T = 0,005 s
Ergebnis:
0,005 s
●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.
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
●21
Am Ende eines Stahlgeländers klopft jemand. Durch den Stahl hörst du es 0,2 s später (Luft 340 m/s, Wasser 1500 m/s, Stahl 5000 m/s). Wie lang ist das Geländer? Berechne mit Einheit.
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

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

Ich beschreibe, wie Schall entsteht und sich ausbreitet.
22
Rechne um: 400 m = ? km
Lösung zeigen
Ergebnis:
0,4 km
Ich unterscheide hohe und tiefe, laute und leise Töne.
23
Ein Mikrofon nimmt einen Summer auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
Ergebnis:
8 ms
Ich beschreibe Frequenz und Amplitude.
24
Eine Stimmgabel schwingt in 2 s genau 1760-mal hin und her. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
Ergebnis:
880 Hz
Ich rechne mit der Schallgeschwindigkeit.
25
Am Waldrand schlägt jemand mit der Axt auf einen Baum. Den Schlag hörst du 9 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist der Baum entfernt? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
Ergebnis:
3060 m
Ich erkläre, warum Schall im Vakuum nicht hörbar ist.
26
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?
Lösung zeigen
Ergebnis:
1500 m
Ich beurteile Lärm und Gehörschutz.
27
Ein Mikrofon nimmt den Pfiff einer Trillerpfeife auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie groß ist die Periodendauer T? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
Ergebnis:
6 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

0,5 kg
600 cm
3,5 m
4 ms
6 ms
100 Hz
250 Hz
330 Hz
40 Hz
2040 m
1700 m
4 s
1200 m
900 m
9,32 s
12 ms
Gleich laut: Beide schlagen gleich weit aus.
1000 Hz
0,005 s
1700 m
1000 m
0,4 km
8 ms
880 Hz
3060 m
1500 m
6 ms