Versuch 24

Wir messen Frequenz, Wellenlänge und Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen in Luft.

Motivationsvideo

(Die in den Videos behandelten Experimente entsprechen nicht unbedingt den Aufgaben in der Versuchsanleitung.)

Versuchsaufbau

Versuchsaufbau.

Mikrofone

Mikrofon mit drei Kontakten: OUT = Signal (grünes Kabel, grüne Buchse), GND = Masse (weißes Kabel, schwarze Buchse), VCC = Versorgungsspannung 3...5 V (braunes Kabel, rote Buchse).

Schaltplan für das Mikrofon.

⚠ Versorgungsspannung maximal 5,5 V

Oszilloskop

Die Signale werden an einem Digitaloszilloskop LeCroy WaveAce 1001 dargestellt.

Das Oszilloskop dient allgemein zur Darstellung von Spannungen (Vertical) gegen Zeiten (Horizontal). Das hier verwendete Oszilloskop hat zwei Kanäle, d.h. es gibt zwei Eingänge für Spannungen 1 und 2 und entsprechend zwei Kurven auf dem Display.

📄 LeCroy Datasheet.pdf

Für den Anfang können folgende Einstellungen gewählt werden:

• CH1 Kopplung DC, Vertical 100mV, Horizontal 100ms. Man sieht ein durchlaufendes Signal.
• CH2 Kopplung DC, Vertical 100mV. Man sieht ein zweites durchlaufendes Signal.
• Horizontal 1ms, Trigger Flanke CH1 steigend Auto. Beim Pfeifen sieht man sinusförmige Signale.
• Für den zweiten Versuchsteil kann es hilfreich sein, Trigger Einzel mit einem passenden Level zu verwenden.

Netzgerät

Eigenbau-Netzgerät M1381 für die Versorgungsspannung.

Digitalmultimeter

Wir verwenden Digitalmultimeter Uni-T UT51 und Pierron UT51 (baugleich) mit den angegebenen Kalibrationstoleranzen (Maximalabweichungen).

Verschiedene Funktionen (V⎓ Gleichspannung, V~ Wechselspannung, A⎓ Gleichstrom, A~ Wechselstrom, Ω Widerstand) und Messbereiche können gewählt werden.

Je nach Funktion müssen verschiedene Buchsen (COM "common ground" = gemeinsames Nullpotential, VΩ Spannung/Widerstand, A Strom max 2A, 10A Strom max 10A) verwendet werden.

Hörfläche

Das menschliche Ohr hört Töne mit Frequenzen zwischen rund 20 Hz und 20 kHz, wobei die Obergrenze stark altersabhängig ist. Selbst an der Schmerzschwelle betragen die Druckschwankungen nur einen Bruchteil des Atmosphärendrucks. Die Isophonen entsprechen jeweils einer konstanten subjektiv empfundenen Lautstärke.

🔗 https://www.mu-sig.de/Theorie/Akustik/Akustik06.htm

Echoortung

Manche Tiere, beispielsweise Fledermäuse, nutzen Echoortung zur Orientierung im Raum. Dabei werden Rufe ausgestoßen, an Hindernissen entstehen Echos, die das Tier wahrnimmt und auswertet.

🔗 https://de.wikipedia.org/wiki/Echoortung_(Tiere)

Longitudinale und transversale Schallwellen

In Festkörpern können sich Longitudinalwellen und Transversalwellen ausbreiten. Bei Longitudinalwellen sind die Auslenkungen parallel zur Ausbreitungsrichtung, bei Transversalwellen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.

An Oberflächen gibt es zusätzliche Wellentypen, beispielsweise die Rayleigh- und Love-Wellen, die bei Erdbeben eine wichtige Rolle spielen.

🔗 http://www.redi-bw.de/start/unifr/EBooks-springer/10.1007/978-3-662-48342-8