Arbeitsblatt: Akustik

Akustik 3. Bezirksschule 4. Thema: Schall und Lärm Auftrag: a. Lest den Theorieteil durch. b. Macht fünf Schallpegelmessungen von verschiedenen Tätigkeiten (Ideen: klatschen, pfeifen, Blatt zerknittern, MP3-Player etc.) Bitte behandelt das Messgerät vorsichtig. Lasst euch das Gerät kurz von der Lehrperson erklären. a. Theorieteil: Lärm kann man messen Der Schallpegelmesser ist ein Messgerät, das dem menschlichen Ohr nachgebaut ist. Es reagiert auf Lärm oder bestimmte Frequenzen genauso empfindlich wie unser Ohr. Man gibt den Schallpegel in der Einheit Dezibel – abgekürzt dB (A) – an. Bei 0 dB (A) hören wir nichts. Diesen Punkt nennt man Hörschwelle. Geräusche bis zu 30 dB (A) empfinden wir als ruhig. Bei 130 dB (A) liegt unsere Schmerzgrenze. Der normale Geräuschpegel in einem ruhigen Zimmer beträgt etwa 25 dB (A). Fährt nun ein Auto am Haus vorbei, steigt der Pegel kurzzeitig auf 45 dB (A). Ein vorüberfliegendes Flugzeug erhöht den Pegel gar auf 95 dB (A). Dauernder Lärm über 85 dB (A) macht schwerhörig. Am schädlichsten sind extrem kurze, aber sehr laute Geräusche (Schreckschuss, Ohrfeige). Die Zellen im Innenohr verändern sich. Diese Veränderung kann nicht wieder rückgängig gemacht werden. Die folgende Tabelle gibt dir einen Überblick über verschiedene Schallpegel: Beispiel dB (A) Schmerzgrenze 130 Düsentriebwerk, Rockkonzert 120 Hubschrauber 110 Discothek, Kompressor 100 laute Fabrikhalle 90 Motorrad, Strassenverkehr 80 lautes Rufen, Mofa 70 Büro 60 Unterhaltung 50 Flüstern 40 Blättergeräusch 30 Taschenuhr 20 Atmen 10 Hörschwelle 0 Empfindung „unerträglich „laut „leise „ruhig Akustik 3. Bezirksschule b.) Fünf Schallpegelmessungen Einige Informationen zum Schallpegelmesser Dieses Schallpegelmessgerät ist ein digitales Messgerät zur Messung des Schallpegels in der Einheit Dezibel (dB). Das Messgerät dient zum Messen von Schallquellen mit einer Intensität von 40 bis 130 dB. Es eignet sich folglich nicht für ganz leise Geräusche. Es können einfache Messungen von Umweltgeräuschen durchgeführt werden. Im Folgenden sind die wichtigsten Einzelteile des Schallpegelmessers aufgelistet: 1. Messmikrofon 2. Ein-/Aus-Taste 3. Lichtsensor für Anzeigebeleuchtung 4. Display 5. Maximum-, Minimumtaste Auftrag bei den Messungen Wählt fünf Tätigkeiten aus, von denen ihr die Lautstärke in Dezibel messen wollt. Notiert die Tätigkeiten in der Tabelle. Schätzt zuerst, wie viel Dezibel ihr bei der Tätigkeit erwartet. Messt anschliessend. Tätigkeit Lautstärke in dB Lautstärke in dB geschätzt 1. 2. 3. 4. 5. gemessen Akustik 3. Bezirksschule 1. Thema: Wie entsteht Schall? Auftrag: a. Führe die drei Versuche durch. b. Lies den Theorieteil aufmerksam durch. Markiere oder unterstreiche wichtige Informationen. c. Fülle die Tabelle aus. a. Versuchsreihe 1. Versuch: Drücke das Ende eines ca. 30 cm langen Lineals auf der Tischkante fest. Zupfe das andere Ende an. Es soll ca. 15 cm über die Tischkante hinausreichen. Was hörst du? Wie hängt die Tonhöhe von der Länge vom freien Linealende ab? Was siehst du? 2. Versuch: Berühre deinen Kehlkopf und sprich gleichzeitig. Was kannst du fühlen? Kehlkopf Stimmmuskel 3. Versuch: Schlage eine Stimmgabel an und halte sie ans Ohr. Was hörst du? Halte die angeschlagene Stimmgabel schräg an die Wasseroberfläche in einem Glas. Beobachte ganz genau, was passiert. Was siehst du? Akustik 3. Bezirksschule b. Theorieteil: Ohne Schwingungen kein Schall Wenn man eine Stricknadel anzupft, sieht man recht deutlich, wie Schall eigentlich entsteht. Die Stricknadel wird zunächst aus ihrer Ruhelage nach unten gezogen und dann losgelassen. Sofort federt das freie Ende zurück – doch nicht nur bis zur Ruhelage, sondern weiter nach oben. Dann kehrt das Nadelende um und bewegt sich wieder nach unten. Dies wiederholt sich in einer einzigen Sekunde viele Male. Das freie Ende zittert auf und ab oder es vibriert. In der Physik sagt man: Die Stricknadel schwingt. Die Bewegungen der angezupften Nadel nennt man Schwingungen. Schall entsteht durch rasche Schwingungen eines Körpers (Gitarrenseite, Luft in einer Pfeife oder die Membran eines Lautsprechers). Nach Art der Schwingungen unterscheiden wir drei Schallarten: Schwingt die Schallquelle gleichmässig hin und her, hören wir einen Ton oder Klang (z.B. Stimmgabel). Von einem Knall sprechen wir, wenn die Schallquelle nur einmal stark angestossen wird und die Schwingungen gleich wieder aufhören (z.B. Startschuss). Ein Geräusch entsteht, wenn die Schallquelle unregelmässig schwingt (z.B. Reissen von Papier). c. Aufgabe Fülle nun die folgende Tabelle aus. Es sind verschiedene Schallquellen angegeben und du sollst dir überlegen, was genau bei dieser Schallquelle schwingt. Schallquelle Was schwingt? Schallquelle Gitarre Mundharmonika Lautsprecherbox Trommel Blockflöte Sängerin Wespe, Biene Was schwingt? Akustik 3. Bezirksschule 2. Thema: Wie orientiert sich die Fledermaus? Auftrag: a. Lies den Text aufmerksam durch und markiere wichtige Informationen. b. Zeichne die Schallwellen in die beiden Skizzen ein. Fledermäuse gehören zu den bedrohten Tieren. Beinahe alle in der Schweiz lebenden Fledermausarten sind gefährdet, weil ihr Lebensraum immer mehr zerstört und eingeengt wird. Fledermäuse gehören zur Gruppe der Säugetiere und zeigen viele interessante Besonderheiten: a.) Sie „sehen mit den Ohren und orientieren sich selbst bei völliger Dunkelheit hervorragend durch Ultraschall. Dies sind viel höhere Töne, die das menschliche Ohr nicht wahrnimmt. Unsere Hörgrenze liegt bei etwas 18‘000 Hz (1 Hz 1 Schwingung pro Sekunde). Das bedeutet: Wir können nur Töne hören, wenn die Schallquelle nicht öfter als 18‘000-mal pro Sekunde Schwingt. Fledermäuse können wesentlich höhere Töne wahrnehmen; manche Fledermausarten hören Töne mit einer Frequenz von bis zu 120‘000 Hz, das heisst 120‘000 Schwingungen pro Sekunde. Fledermäuse machen sich so ein regelrechtes „Bild von ihrer oft dunklen Umgebung. b.) Fledermäuse ernähren sich von Insekten und fangen ihre Beute nach dem Echolotsystem. Sie haben kleine Augen, die nicht sehr leistungsfähig sind. Sie orientieren sich im Flug durch Ultraschall-Laute, die sie je nach Fledermausart aus dem Mund oder aus der Nase ausstossen: manchmal bis zu 100 Ruge in der Sekunde. Diese Ultraschalllaute werden von Hindernissen oder Beutetieren reflektiert. Das heisst, die Echos dieser Töne gelangen zurück zum Fledermausohr. Die Fledermaus kann diese Echos so gut auswerten, dass sie die Entfernung zum Hindernis ausmachen kann. Zeichne die Schallwellen der Ultraschall-Laute ein, mit deren Hilfe die Fledermaus den Baum (Hindernis) erkennt oder das Insekt fängt. Erklärt einander mündlich, wie sie dabei vorgeht. c.) Noch einige spannende Informationen über Fledermäuse: Sie können als einzige Säugetiere geschickt fliegen. Fledermäuse halten Winterschlaf und zwar kopfüber. Die Weibchen schlissen sich im Sommer zu Kolonien zusammen, suchen sich ein Sommerquartier (z.B. einen Dachboden) und ziehen hier dicht aneinander gekuschelt ihre Jungen auf. Die Männchen sind bei der Aufzucht der Jungen nicht dabei und fliegen während des Sommers alleine als „Einsiedler oder in kleinen „Männergesellschaften umher. Akustik 3. Bezirksschule 3. Thema: Schallgeschwindigkeit und Schall breitet sich aus Auftrag: a. Bearbeite den Theorieteil b. Löse die fünf Aufgaben (inklusive das Rätsel am Schluss). a. Theorieteil Sicher hast du die folgenden Situationen auch schon einmal beobachtet: Bei einem Gewitter sieht man zuerst den Blitz, dann hört man den Donner. Bei einem Feuerwerk kann man beobachten, dass die Feuerwerkskörper oben am Himmelzerplatzen. Der Knall ist jedoch erst eine Weile später hörbar. Was bedeutet dies in Bezug auf das Licht und den Schall? Von jeder Schallquelle (z.B. Gitarre, Stimmgabel, Startschuss) gehen Schallwellen aus. Sie laufen durch die Luft nach allen Seiten auseinander. Dabei werden die Schwingungen mit zunehmender Entfernung immer geringer: Der Schall wird leiser. Wenn Schallwellen von Bergwänden zurückgeworfen (reflektiert) werden, nennt man das Echo. Die Schallgeschwindigkeit in der Luft beträgt 340 m/s. b. Aufgabenteil 1.) Es blitzt. Nach 5 Sekunden hört man den Donner. Wie weit ist das Gewitter noch entfernt? Rechne! 2.) Das Echo, das an einer Felswand entsteht, ist nach 6 Sekunden zu hören. Wie weit ist die Wand entfernt? 3.) Bei einem 100-m-Lauf wartet ein Zeitnehmer am Ziel auf den Knall des Startschusses; dann drückt er seine Stoppuhr. Welchen Fehler enthält die von ihm gestoppte Laufzeit? Rechne! Ist dieser Messfehler gut oder schlecht für den Läufer? (Tipp: Auf der nächsten Seite findest du eine Skizze der Situation!). Akustik 3. Bezirksschule Skizze: 100 4.) Rätsel Vorinformation: In festen und flüssigen Körpern wird der Schall schneller fortgeleitet, als in der Luft. Im luftleeren Raum wird der Schall gar nicht weitergeleitet, deshalb ist es im Weltall ganz still. Lies den folgenden Text genau durch. Fülle unten die Kästchen aus, indem du die im Text genannten Materialien den verschiedenen Schallgeschwindigkeiten zuordnest. Buchenholz leitet den Schall schlechter als Ziegelstein, Aluminium leitet ihn besser als Ziegelstein. Ziegelsteine leiten den Schall schlechter als Eisen. Eisen wiederum leitet ihn besser als Aluminium. Wasser leitet den Schall schlechter als Buchenholz, aber besser als Luft. Gummi ist anders; obwohl es ein fester Stoff ist, leitet es schlechter als Luft. 62 m/s 340 m/s 1480 m/s 3300 m/s 3650 m/s 5040 m/s 5800 m/s