Physik · Klasse 7 und 8 und 9 und 10 · Kapitel
Physik 7–10: Schall, Schwingungen und Wellen
- 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 kann mit der Schallgeschwindigkeit Weg und Zeit berechnen.
MerkenSchall braucht Zeit
Schall ist eine Schwingung, die von Teilchen zu Teilchen weitergegeben wird.
In Luft schafft er 340 m je Sekunde, in Wasser 1500 m, in Stahl 5000 m: s = v · t.
BeispielSchall braucht Zeit
Schritt für Schritt
- s = v · t, das Licht ist fast sofort da
- s = 340 m/s · 9 s
- s = 3060 m
- s = v · t, das Licht ist fast sofort da
- s = 340 m/s · 9 s
- s = 3060 m
AchtungFormel falsch umgestellt
V = ρ · m
ρ = m : V | · V | : ρ → V = m : ρ
Stell die Formel wie eine Gleichung um: Auf beiden Seiten dasselbe tun, bis die gesuchte Größe allein steht.
ÜbenJetzt du
- ○1Auf 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.So fängst du an:s = v · t, das Licht ist fast sofort da
Lösung zeigen
- s = v · t, das Licht ist fast sofort da
- s = 340 m/s · 9 s
- s = 3060 m
Ergebnis:3060 m - ●2Du siehst einen Blitz. Den Donner hörst du 9 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist das Gewitter entfernt? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- s = v · t, das Licht ist fast sofort da
- s = 340 m/s · 9 s
- s = 3060 m
Ergebnis:3060 m - ★3Ein Gewitter ist 2,04 km entfernt. Du siehst den Blitz (v = 340 m/s). Nach wie vielen Sekunden hörst du den Donner? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- t = s : v, der Weg in Metern
- 2,04 km = 2040 m
- t = 2040 m : 340 m/s = 6 s
Ergebnis:6 s
2Ich kann Entfernungen mit dem Echo bestimmen.
MerkenDas Echo
Ein Echo ist Schall, der an einer Wand zurückkommt.
In der gemessenen Zeit läuft er hin und zurück. Deshalb gilt für die Entfernung s = v · t : 2.
BeispielEntfernung aus dem Echo
Schritt für Schritt
- Der Schall läuft hin und zurück: s = v · t : 2
- Hin und zurück: 340 m/s · 1,5 s = 510 m
- Bis zur Wand: 510 m : 2 = 255 m
- Der Schall läuft hin und zurück: s = v · t : 2
- Hin und zurück: 340 m/s · 1,5 s = 510 m
- Bis zur Wand: 510 m : 2 = 255 m
AchtungBeim Echo den Rückweg vergessen
Echo nach 2 s: s = 340 m/s · 2 s = 680 m
hin und zurück 680 m → bis zur Wand 680 m : 2 = 340 m
Das Echo läuft zur Wand und wieder zurück. Die Entfernung ist nur die Hälfte des ganzen Wegs.
ÜbenJetzt du
- ○4Ein Schiff hupt vor einer Steilküste. Das Echo kommt nach 1,5 s zurück (v = 340 m/s). Wie weit ist die Steilküste entfernt? Berechne mit Einheit.So fängst du an:Der Schall läuft hin und zurück: s = v · t : 2
Lösung zeigen
- Der Schall läuft hin und zurück: s = v · t : 2
- Hin und zurück: 340 m/s · 1,5 s = 510 m
- Bis zur Wand: 510 m : 2 = 255 m
Ergebnis:255 m - ●5Du rufst in einem Tal gegen einen Berghang. Das Echo kommt nach 3 s zurück (v = 340 m/s). Wie weit ist der Berghang entfernt? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- Der Schall läuft hin und zurück: s = v · t : 2
- Hin und zurück: 340 m/s · 3 s = 1020 m
- Bis zur Wand: 1020 m : 2 = 510 m
Ergebnis:510 m - ★6Ein Forschungsschiff misst mit Schall die Tiefe. Das Echo vom Meeresboden kommt nach 100 ms zurück (Wasser 1500 m/s). Wie tief ist das Meer? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- Erst in Sekunden umrechnen, dann s = v · t : 2
- 100 ms = 0,1 s
- Hin und zurück: 1500 m/s · 0,1 s = 150 m
- Einfacher Weg: 150 m : 2 = 75 m
Ergebnis:75 m
3Ich kann zwischen Frequenz und Periodendauer umrechnen.
MerkenFrequenz und Periodendauer
Die Periodendauer T ist die Zeit für eine Schwingung.
Die Frequenz f zählt die Schwingungen in einer Sekunde, in Hertz. Es gilt f = 1 : T und T = 1 : f, die Zeit in Sekunden.
BeispielFrequenz aus der Periodendauer
Schritt für Schritt
- f = 1 : T, die Schwingungen je Sekunde
- f = 1 : 0,5 s
- f = 2 Hz
- f = 1 : T, die Schwingungen je Sekunde
- f = 1 : 0,5 s
- f = 2 Hz
AchtungFrequenz und Periodendauer nicht als Kehrwert
T = 0,02 s, also f = 0,02 Hz
f = 1 : 0,02 s = 50 Hz
Frequenz und Periodendauer sind Kehrwerte: f = 1 : T. Eine kurze Schwingung heißt viele Schwingungen in jeder Sekunde.
ÜbenJetzt du
- ○7Eine Gitarrensaite schwingt in 0,5 s genau 55-mal hin und her. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.So fängst du an:f = Zahl der Schwingungen : Zeit
Lösung zeigen
- f = Zahl der Schwingungen : Zeit
- f = 55 : 0,5 s
- f = 110 Hz
Ergebnis:110 Hz - ●8Eine Gitarrensaite schwingt in 2 s genau 440-mal hin und her. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- f = Zahl der Schwingungen : Zeit
- f = 440 : 2 s
- f = 220 Hz
Ergebnis:220 Hz - ★9Eine Stimmgabel schwingt mit der Periodendauer T = 1 ms. Welche Frequenz in Hertz hat der Ton? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- f = 1 : T, die Zeit in Sekunden
- 1 ms = 0,001 s
- f = 1 : 0,001 s = 1000 Hz
Ergebnis:1000 Hz
4Ich kann Tonhöhe und Lautstärke aus einem Schwingungsbild ablesen.
MerkenHoch und laut
Mehr Schwingungen in derselben Zeit heißt ein höherer Ton.
Ein größerer Ausschlag, die Amplitude, heißt ein lauterer Ton. T liest man über mehrere Schwingungen ab.
BeispielSchwingungsbild ablesen
Schritt für Schritt
- Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
- 3 Schwingungen dauern zusammen 24 ms
- T = 24 ms : 3 = 8 ms
- Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
- 3 Schwingungen dauern zusammen 24 ms
- T = 24 ms : 3 = 8 ms
AchtungHalbe Schwingung als ganze genommen
Berg bis Tal = 20 cm, also λ = 20 cm
Berg bis Tal ist eine halbe Welle: λ = 2 · 20 cm = 40 cm
Eine ganze Schwingung geht einmal hoch und einmal runter, bis alles wieder von vorn beginnt. Die Wellenlänge reicht von Berg zu Berg.
ÜbenJetzt du
- ○10Ein Mikrofon nimmt den Ton einer Stimmgabel auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.So fängst du an:Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
Lösung zeigen
- Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
- 5 Schwingungen dauern zusammen 30 ms
- T = 30 ms : 5 = 6 ms
Ergebnis:6 ms - ●11Ein Mikrofon nimmt eine Flötennote auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- Zähl, wie viele ganze Schwingungen auf die Zeitachse passen.
- 3 Schwingungen dauern zusammen 12 ms
- T = 12 ms : 3 = 4 ms
Ergebnis:4 ms - ★12Ein Mikrofon nimmt einen Summer auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Lies die Periodendauer ab. Welche Frequenz hat der Ton?
Lösung zeigen
- Erst T über mehrere Schwingungen ablesen, dann f = 1 : T
- T = 15 ms : 6 = 2,5 ms = 0,0025 s
- f = 1 : 0,0025 s = 400 Hz
Ergebnis:400 Hz
5Ich kann mit c = λ · f Wellenlänge und Frequenz berechnen.
MerkenWellenlänge
Die Wellenlänge λ reicht von einem Wellenberg bis zum nächsten.
Die Geschwindigkeit ist Wellenlänge mal Frequenz: c = λ · f. Hohe Töne haben kurze Wellen.
BeispielWellenlänge: λ = c : f
Schritt für Schritt
- c = λ · f, umgestellt λ = c : f
- λ = 340 m/s : 17 Hz
- λ = 20 m
- c = λ · f, umgestellt λ = c : f
- λ = 340 m/s : 17 Hz
- λ = 20 m
AchtungUmrechnungszahl falsch
2,5 km = 250 m
2,5 km = 2,5 · 1000 m = 2500 m
Die Umrechnungszahl stimmt nicht. k heißt 1000, m (milli) heißt ein Tausendstel. Bei cm² sind es 10 000 für einen m².
ÜbenJetzt du
- ○13Eine Orgelpfeife erzeugt einen Ton mit 1000 Hz. In Luft ist der Schall 340 m/s schnell. Wie groß ist die Wellenlänge? Berechne mit Einheit.So fängst du an:c = λ · f, umgestellt λ = c : f
Lösung zeigen
- c = λ · f, umgestellt λ = c : f
- λ = 340 m/s : 1000 Hz
- λ = 0,34 m
Ergebnis:0,34 m - ●14Eine Orgelpfeife erzeugt einen Ton mit 680 Hz. In Luft ist der Schall 340 m/s schnell. Wie groß ist die Wellenlänge? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- c = λ · f, umgestellt λ = c : f
- λ = 340 m/s : 680 Hz
- λ = 0,5 m
Ergebnis:0,5 m - ★15Ein Delfin ruft mit 25 kHz. Im Wasser ist der Schall 1500 m/s schnell. Wie viele Zentimeter lang ist eine Welle? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- λ = c : f, die Frequenz in Hertz
- 25 kHz = 25.000 Hz, λ = 1500 m/s : 25.000 Hz = 0,06 m
- 0,06 m = 6 cm
Ergebnis:6 cm
6Ich kann vorhersagen, wovon die Schwingungsdauer eines Fadenpendels abhängt.
MerkenDas Fadenpendel
Die Schwingungsdauer hängt nur von der Fadenlänge ab, nicht von der Masse.
Viermal so lang heißt doppelt so lange. Man misst zehn Schwingungen und teilt.
BeispielWovon hängt die Pendeldauer ab?
Schritt für Schritt
- Die Dauer wächst langsamer als die Länge.
- Viermal so lang heißt doppelt so lange.
- T = 2 · 1,8 s = 3,6 s
- Die Dauer wächst langsamer als die Länge.
- Viermal so lang heißt doppelt so lange.
- T = 2 · 1,8 s = 3,6 s
AchtungSchweres Pendel schwingt schneller
doppelt so schwere Kugel: T = 2 s : 2 = 1 s
doppelt so schwere Kugel, gleiche Länge: T = 2 s wie vorher
Die Masse der Kugel ändert die Schwingungsdauer nicht. Beim Fadenpendel zählt nur die Länge des Fadens.
ÜbenJetzt du
- ○16Ein Fadenpendel ist 25 cm lang und braucht 1 s für eine Schwingung. Der Faden wird viermal so lang. Wie lange dauert jetzt eine Schwingung? Berechne mit Einheit.So fängst du an:Die Dauer wächst langsamer als die Länge.
Lösung zeigen
- Die Dauer wächst langsamer als die Länge.
- Viermal so lang heißt doppelt so lange.
- T = 2 · 1 s = 2 s
Ergebnis:2 s - ●17Ein Fadenpendel ist 144 cm lang und braucht 2,4 s für eine Schwingung. Man tauscht eine Holzkugel gegen eine Eisenkugel, 2-mal so schwer. Wie lange dauert jetzt eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- Prüf, was sich ändert: nur die Masse, nicht die Länge.
- Die Masse ändert die Dauer eines Fadenpendels nicht.
- T bleibt 2,4 s
Ergebnis:2,4 s - ★18Ein Fadenpendel ist 49 cm lang und braucht 1,4 s für eine Schwingung. Der Faden wird auf ein Viertel gekürzt. Wie lange dauert jetzt eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- Viermal so lang heißt doppelte Dauer – das gilt auch rückwärts.
- Ein Viertel der Länge heißt die halbe Dauer.
- T = 1,4 s : 2 = 0,7 s
Ergebnis:0,7 s
Vermischte Übungen
Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?
Üben
- ●19Über dem See platzt eine Feuerwerksrakete. Den Knall hörst du 5 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist die Rakete entfernt? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- s = v · t, das Licht ist fast sofort da
- s = 340 m/s · 5 s
- s = 1700 m
Ergebnis:1700 m - ●20Am 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.
Lösung zeigen
- s = v · t mit v in Stahl
- s = 5000 m/s · 0,1 s
- s = 500 m
Ergebnis:500 m - ●21Du rufst gegen eine Felswand. Das Echo kommt nach 3 s zurück (v = 340 m/s). Wie weit ist die Felswand entfernt? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- Der Schall läuft hin und zurück: s = v · t : 2
- Hin und zurück: 340 m/s · 3 s = 1020 m
- Bis zur Wand: 1020 m : 2 = 510 m
Ergebnis:510 m - ●22Du rufst über einen See zum Waldrand. Der Waldrand ist 425 m entfernt (v = 340 m/s). Nach wie vielen Sekunden hörst du das Echo? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- Der Schall muss hin und zurück: Weg = 2 · Entfernung
- 2 · 425 m = 850 m
- t = 850 m : 340 m/s = 2,5 s
Ergebnis:2,5 s - ●23Eine Schaukel schwingt in 10 s genau 4-mal hin und her. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- f = Zahl der Schwingungen : Zeit
- f = 4 : 10 s
- f = 0,4 Hz
Ergebnis:0,4 Hz - ●24Eine Stimmgabel schwingt mit der Frequenz 250 Hz. Wie lange dauert eine Schwingung? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- T = 1 : f, die Zeit für eine Schwingung
- T = 1 : 250 Hz
- T = 0,004 s
Ergebnis:0,004 s
Auf einen Blick
MerkenDas Wichtigste
- Schall braucht Zeit
- Schall ist eine Schwingung, die von Teilchen zu Teilchen weitergegeben wird.
- Das Echo
- Ein Echo ist Schall, der an einer Wand zurückkommt.
- Frequenz und Periodendauer
- Die Periodendauer T ist die Zeit für eine Schwingung.
- Hoch und laut
- Mehr Schwingungen in derselben Zeit heißt ein höherer Ton.
- Wellenlänge
- Die Wellenlänge λ reicht von einem Wellenberg bis zum nächsten.
- Das Fadenpendel
- Die Schwingungsdauer hängt nur von der Fadenlänge ab, nicht von der Masse.
AchtungSchall in Luft für am schnellsten gehalten
Im Wasser ist der Schall langsamer: s = 340 m/s · 2 s = 680 m
Wasser: s = 1500 m/s · 2 s = 3000 m
Schall ist eine Schwingung, die von Teilchen zu Teilchen weitergegeben wird. In Wasser und Stahl hängen die Teilchen fester zusammen, deshalb ist er dort schneller als in Luft.
AchtungTonhöhe und Lautstärke verwechselt
Ton A schlägt weiter aus, also ist er höher.
größerer Ausschlag → lauter; mehr Schwingungen in derselben Zeit → höher
Die Tonhöhe hängt davon ab, wie viele Schwingungen in derselben Zeit liegen. Die Lautstärke hängt davon ab, wie weit die Linie ausschlägt.
AchtungPendeldauer wie die Länge vervielfacht
viermal so lang: T = 4 · 1 s = 4 s
viermal so lang: T = 2 · 1 s = 2 s
Die Dauer wächst langsamer als die Länge. Viermal so lang heißt nur doppelt so lange, neunmal so lang heißt dreimal so lange.
AchtungZwischenergebnis als Antwort
Gesamtwiderstand gesucht, Antwort: I = 0,5 A
erst I = 0,5 A, dann weiter bis zur gesuchten Größe
Das ist ein richtiger Zwischenschritt. Lies noch einmal, was gesucht ist, und rechne weiter.
AchtungEinheit vergessen
ρ = 54 : 20 = 2,7
ρ = 54 g : 20 cm³ = 2,7 g/cm³
Deine Zahl stimmt – aber eine Größe ist Zahl und Einheit. Schreib die Einheit dazu.
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 kann mit der Schallgeschwindigkeit Weg und Zeit berechnen.
25Du siehst einen Blitz. Den Donner hörst du 4 s später (v = 340 m/s). Wie weit ist das Gewitter entfernt? Berechne mit Einheit.Lösung zeigen
Ergebnis:1360 mIch kann Entfernungen mit dem Echo bestimmen.
26Du rufst gegen eine Felswand. Das Echo kommt nach 1,5 s zurück (v = 340 m/s). Wie weit ist die Felswand entfernt? Berechne mit Einheit.Lösung zeigen
Ergebnis:255 mIch kann zwischen Frequenz und Periodendauer umrechnen.
27Eine Schaukel schwingt in 20 s genau 8-mal hin und her. Wie groß ist die Frequenz? Berechne mit Einheit.Lösung zeigen
Ergebnis:0,4 HzIch kann Tonhöhe und Lautstärke aus einem Schwingungsbild ablesen.
28Ein Mikrofon nimmt den Ton einer Stimmgabel auf. Das Bild zeigt die Schwingung. Wie groß ist die Periodendauer T? Berechne mit Einheit.Lösung zeigen
Ergebnis:4 msIch kann mit c = λ · f Wellenlänge und Frequenz berechnen.
29Eine Orgelpfeife erzeugt einen Ton mit 68 Hz. In Luft ist der Schall 340 m/s schnell. Wie groß ist die Wellenlänge? Berechne mit Einheit.Lösung zeigen
Ergebnis:5 mIch kann vorhersagen, wovon die Schwingungsdauer eines Fadenpendels abhängt.
30Ein Fadenpendel ist 36 cm lang und braucht 1,2 s für eine Schwingung. Man tauscht eine Kugel gegen eine größere aus Blei, 2-mal so schwer. Wie lange dauert jetzt eine Schwingung?Lösung zeigen
Ergebnis:1,2 s
Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.
Wie es zusammenhängt
Das brauchst du vorher: Zuordnungen, Dezimalzahlen
Lösungen
- 3060 m
- 3060 m
- 6 s
- 255 m
- 510 m
- 75 m
- 110 Hz
- 220 Hz
- 1000 Hz
- 6 ms
- 4 ms
- 400 Hz
- 0,34 m
- 0,5 m
- 6 cm
- 2 s
- 2,4 s
- 0,7 s
- 1700 m
- 500 m
- 510 m
- 2,5 s
- 0,4 Hz
- 0,004 s
- 1360 m
- 255 m
- 0,4 Hz
- 4 ms
- 5 m
- 1,2 s