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.
Bestimmung der Schallgeschwindigkeit
Unterrichtseinheit
In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Schall werden Low-Cost-Experimente zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft und Wasser mithilfe von Computer, Soundkarte und Kopfhörer vorgestellt.
- Mathematik / Rechnen & Logik / Physik / Astronomie
- Sekundarstufe I
- mindestens 2 Unterrichtsstunden
- Experiment, Didaktik/Methodik
- 2 Arbeitsmaterialien
Beschreibung der Unterrichtseinheit
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.
- Experimentelle Varianten zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit
Verschiedene experimentelle Varianten werden hier vorgestellt. Ein Low-Cost-Arrangement eignet sich zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft und in Wasser.
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Download
- schallgeschwindigkeit_materialien.zip
Anleitung zur Aufnahme und Auswertung eines Schallsignals mit Cool Edit sowie ein Messbeispiel
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Vermittelte Kompetenzen
Fachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- kennen die Definitionsgleichung der Geschwindigkeit.
- wissen, wie die Durchschnittsgeschwindigkeit eines sich bewegenden Körpers bestimmt werden kann.
- können 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.
- kennen den Wert der Schallgeschwindigkeit in Luft (optional auch in Wasser) für eine Temperatur von 20 Grad Celsius und wissen, dass dieser mit der Temperatur variiert.
- wissen, dass sich die Schallwellen in verschiedenen Materialien unterschiedlich schnell ausbreiten.
Medienkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- können mit einer geeigneten Tonanalyse-Software (zum Beispiel Cool Edit) ein aufgenommenes Signal auswerten.
- können Oszillogramme interpretieren.
Externe Links
- sengpielaudio.com
Auf dieser Seite kann die Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur bestimmt werden.
Literatur
Stein, Walter
Versuche mit der Soundkarte, Ernst Klett Verlag, Stuttgart, 1999.Schwarz, Oliver; Vogt, Patrik
Akustische Messung an springenden Bällen, PdN-Ph. 3/53 (2004), Seite 22-25.
