Teilthema: Schallgeschwindigkeit

 

Einführende Informationen

Stellt man entlang einer Straße zwei Beobachter auf, die genau gleich gehende Uhren bei sich haben, so kann man die Geschwindigkeit eines vorbeifahrenden Autos auf folgende Weise messen: Jeder Beobachter notiert sich, zu welchen Zeitpunkt das Auto ihn passiert hat. Aus der Differenz der Zeitpunkte und der Länge der Wegstrecke zwischen den Beobachtern kann man dann die Geschwindigkeit berechnen: Geschwindigkeit = Wegstrecke/Zeitdifferenz.

Die Schallgeschwindigkeit kann man in entsprechender Weise messen, indem man das Auto durch einen Schallimpuls ersetzt, der nacheinander an zwei Mikrofonen vorbeikommt. Die Zeitmessung geschieht dadurch, dass die von den Mikrofonen registrierten Schallsignale mit CoolEdit aufgezeichnet werden.

 

Aufgaben

  1. Erläutern Sie die "Gewitterregel", die es gestattet, aus dem zeitlichen Abstand von Blitz und Donner die Entfernung eines Gewitters abzuschätzen.
  2. Schließen Sie an die Soundkarte zwei Mikrofone mit Hilfe eines Y-Adapters so an, dass jedes Mikrofon nur auf einen der beiden Stereo-Kanäle wirkt, und wählen Sie in CoolEdit die Aufnahmeart "Stereo" (unter File -> New -> Channels). Stellen Sie dann die Mikrofone in ca. 1 m Abstand von einander auf, klatschen Sie vor dem ersten Mikrofon wiederholt in die Hände und zeichnen Sie den Vorgang mit CoolEdit auf. Mit einer angemessenen Vergrößerung ergibt sich ein Bild wie Bild 1. Bestimmen Sie die Schallgeschwindigkeit! (Mittelwert von ca. 20 Messungen nehmen.) Vergleichen Sie mit dem Tabellenwert!
  3. Laut Lehrplan haben Sie im 9.Schuljahr die Standardabweichung behandelt. Berechnen Sie sie und gewinnen sie daraus eine Aussage darüber, mit welchem prozentualen Fehler die Methode behaftet ist. Woraus resultieren die Fehler bei der Messung? (Sollte Ihnen der Begriff Standardabweichung unbekannt sein, fragen Sie Ihren Lehrer/Ihre Lehrerin nach anderen Methoden der Fehlerabschätzung.)
  4. Bestimmen Sie die Schallgeschwindigkeit in Wasser! (Mikrofone mit Hilfe von wasserdichten (!) Plastiktüten ein Stückchen ins Wasser absenken.)