Patrik Vogt
17.06.2008

Bestimmung der Schallgeschwindigkeit

Der Artikel stellt Low-Cost-Experimente zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft und Wasser mithilfe von Computer, Soundkarte und Kopfhörer vor.
 

Die elektronische Messwerterfassung ist eine wichtige physikalische Arbeitsweise, die aus Fachwissenschaft und Industrie nicht mehr wegzudenken ist, die im Schulunterricht - insbesondere in der Sekundarstufe I - jedoch wenig Anwendung findet. Häufig entfallen computergestützte Experimente hier aufgrund fehlender technischer Voraussetzungen. Dieser Beitrag zeigt, wie Lernende in Kleingruppenarbeit mithilfe des Computers die Schallgeschwindigkeiten in Luft und Wasser mit einfachen Mitteln bestimmen können.

Kompetenzen

Fachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • die Definitionsgleichung der Geschwindigkeit kennen.
  • wissen, wie die Durchschnittsgeschwindigkeit eines sich bewegenden Körpers bestimmt werden kann.
  • die Zeit, die der Schall zur Ausbreitung einer definierten Strecke benötigt, mithilfe eines Computers und eines Kopfhörers experimentell bestimmen können.
  • ein Experiment zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft (optional auch in Wasser) beschreiben und durchführen können.
  • den Wert der Schallgeschwindigkeit in Luft (optional auch in Wasser) für eine Temperatur von 20 Grad Celsius kennen und wissen, dass dieser mit der Temperatur variiert.
  • wissen, dass sich die Schallwellen in verschiedenen Materialien unterschiedlich schnell ausbreiten.

Medienkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • mit einer geeigneten Tonanalyse-Software (zum Beispiel Cool Edit) ein aufgenommenes Signal auswerten können.
  • Oszillogramme interpretieren können.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaBestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft und Wasser
AutorPatrik Vogt
FachPhysik
ZielgruppeKlasse 9-10
Zeitraummindestens 2 Stunden
Technische Voraussetzungenein Computer und ein Stereokopfhörer pro Schülergruppe, Maßband, Tonanalyse-Software - zum Beispiel Cool Edit (Shareware, Windows), GoldWave (Windows, Shareware) oder Nero Wave-Editor

Didaktisch-methodischer Kommentar

Beobachtet man den Start eines Wettlaufs aus mehreren hundert Metern Entfernung, so liegt zwischen der optischen Wahrnehmung des Klappenschlags und des zu hörenden Knalls eine merkliche Zeitdifferenz. Dieser Effekt, den die Schülerinnen und Schüler aus dem Sportunterricht kennen, zeigt, dass die Ausbreitung des Schalls mit einer endlichen Geschwindigkeit erfolgt. Weitere Alltagserfahrungen führen zur gleichen Schlussfolgerung. Besonders eindrucksvoll ist die Zeitdifferenz zwischen der Wahrnehmung von Blitz und Donner bei einem weit entfernten Gewitter, aus der die Entfernung des Unwetters geschätzt werden kann.

  • Bestimmung der Schallgeschwindigkeit
    Verschiedene experimentelle Varianten werden hier vorgestellt. Ein Low-Cost-Arrangement eignet sich zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft und in Wasser.

Download

schallgeschwindigkeit_materialien.zip
 

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Zusatzinformationen

Informationen zum Autor

Patrik Vogt unterrichtet die Fächer Physik und Mathematik an der Realschule Kandel und ist derzeit an die Graduiertenschule "Unterrichtsprozesse" der Universität Koblenz-Landau für ein Promotionsvorhaben im Bereich der Fachdidaktik Physik teilabgeordnet.

  • Mehr Infos im Autorenverzeichnis
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