Das Schallausbreitung es tritt immer in einem materiellen Medium auf, da Schall eine Longitudinalwelle ist, die die Moleküle des Mediums abwechselnd komprimiert und ausdehnt. Kann durch Luft, Flüssigkeiten und Feststoffe verbreitet werden.
Luft ist das häufigste Medium für die Ausbreitung von Schall. Die von einer Schallquelle wie einer Stimme oder einem Horn erzeugte Schwingung wird wiederum in alle Richtungen auf die umgebenden Luftmoleküle und diese auf ihre Nachbarn übertragen..
Diese Störung verursacht Druckschwankungen in der Luft und erzeugt Druckwellen. Diese Variationen breiten sich aus und wenn sie das Trommelfell erreichen, beginnt es zu vibrieren und das akustische Signal wird erzeugt..
Wellen transportieren Energie mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Störung. In der Luft beispielsweise bewegt sich der Schall unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen mit einer Geschwindigkeit von etwa 343,2 m / s, wobei diese Geschwindigkeit ein Merkmal des Mediums ist, wie wir später sehen werden..
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Die Ausbreitung von Schall erfolgt grundsätzlich auf zwei Arten: Die erste ist der Schall, der direkt von der Quelle kommt, von der er stammt. Die zweite ist durch die Schallwellen, die von Hindernissen wie den Wänden der Räume reflektiert werden und ein nachhallendes Schallfeld erzeugen..
Diese Reflexionen von Schallwellen können viele Male auftreten, und was als Schall interpretiert wird, ist der Schalldruck, der aus dem direkten Schallfeld und dem Nachhallfeld resultiert..
Dabei geben die Schallwellen ihre Energie an das Medium ab und dämpfen sich mit der Entfernung ab, bis sie verschwinden..
Die Geschwindigkeit, mit der sich Schall in verschiedenen Medien ausbreitet, hängt von ihren Eigenschaften ab. Am relevantesten sind Dichte, Elastizität, Feuchtigkeit, Salzgehalt und Temperatur. Wenn sich diese ändern, ändert sich auch die Schallgeschwindigkeit.
Die Dichte des Mediums ist ein Maß für seine Trägheit, die ein Widerstand gegen den Durchgang der Druckwelle ist. Ein sehr dichtes Material wirkt zunächst dem Schalldurchgang entgegen.
Die Elastizität gibt an, wie leicht es für das Medium ist, seine Eigenschaften wiederzuerlangen, wenn es gestört ist. In einem elastischen Medium bewegen sich Schallwellen leichter als in einem starren Medium, da die Moleküle eher bereit sind, immer wieder zu schwingen..
Es wird eine physikalische Größe genannt Kompressibilitätsmodul um zu beschreiben, wie elastisch ein Medium ist.
Im Allgemeinen breitet sich Schall in einem Medium mit einer Geschwindigkeit aus, die gegeben ist durch:
Wobei die elastische Eigenschaft der Kompressibilitätsmodul B und die Eigenschaft y die Dichte ρ ist:
Schließlich ist die Temperatur ein weiterer wichtiger Faktor, wenn sich Schall durch ein Gas wie Luft ausbreitet, das das Medium ist, durch das sich die meisten Schallwellen ausbreiten. Wenn das ideale Gasmodell betrachtet wird, hängt der Quotient B / ρ nur von seiner Temperatur T ab.
Auf diese Weise beträgt die Schallgeschwindigkeit in Luft bei 0 ° C 331 m / s, während sie bei 20 ° C 343 m / s beträgt. Der Unterschied wird erklärt, weil mit steigender Temperatur auch der Schwingungszustand der Luftmoleküle ansteigt, was den Durchgang der Störung erleichtert..
Schall ist eine mechanische Welle, die ein materielles Medium benötigt, um sich auszubreiten. Daher gibt es keine Möglichkeit, Schall im Vakuum zu übertragen, im Gegensatz zu elektromagnetischen Wellen, die dies ohne größere Probleme tun können..
Luft ist die häufigste Umgebung für die Schallübertragung sowie für andere Gase. Störungen werden durch Kollisionen zwischen gasförmigen Molekülen so übertragen, dass der Schall umso schneller wandert, je höher die Dichte des Gases ist..
Wie bereits erwähnt, beeinflusst die Temperatur die Schallausbreitung in Gasen, da Kollisionen zwischen Molekülen häufiger auftreten, wenn sie höher sind.
In Luft ist die Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit v von der Temperatur T in Kelvin gegeben durch:
Oft ist die Temperatur an einem Ort, zum Beispiel in einem Konzertsaal, nicht gleichmäßig verteilt. Die wärmere Luft befindet sich näher am Boden, während sie über dem Publikum bis zu 5 ° C kühler sein kann, was sich auf die Schallausbreitung im Raum auswirkt, da sich der Schall in den heißeren Bereichen schneller bewegt.
Schall bewegt sich in Flüssigkeiten schneller als in Gasen und in Festkörpern sogar noch schneller. Beispielsweise beträgt in Süßwasser und Salzwasser, beide bei einer Temperatur von 25 ° C, die Schallgeschwindigkeit 1493 m / s bzw. 1533 m / s, ungefähr viermal mehr als in Luft, ungefähr.
Es ist leicht zu überprüfen, indem Sie Ihren Kopf ins Wasser legen, so dass das Geräusch der Bootsmotoren viel besser ist als in der Luft.
In festen Materialien wie Stahl und Glas kann der Schall jedoch bis zu 5920 m / s erreichen, weshalb sie den Schall viel besser leiten..
Schallwellen interferieren konstruktiv oder destruktiv, dh sie überlappen sich. Sie können diesen Effekt leicht mit einem einfachen Experiment erleben:
-1 Paar Lautsprecher, wie Sie sie auf Desktop-Computern verwenden.
-Handy, auf dem eine Wellengenerator-App installiert ist.
-Maßband
Das Experiment wird in einem großen, offenen Raum durchgeführt. Die Lautsprecher sind nebeneinander in einem Abstand von 80 cm und mit identischer Ausrichtung angeordnet.
Jetzt sind die Lautsprecher an das Telefon angeschlossen und beide werden mit gleicher Lautstärke eingeschaltet. Im Generator wird eine bestimmte Frequenz ausgewählt, z. B. 1000 Hz.
Dann müssen Sie sich entlang der Linie bewegen, die die Lautsprecher verbindet, aber einen Abstand von ca. 3 m einhalten. Es fällt sofort auf, dass an einigen Stellen die Schallintensität an einigen Stellen zunimmt (konstruktive Interferenz) und an anderen abnimmt (destruktive Interferenz)..
Es wird auch beobachtet, dass dies immer ein Ort konstruktiver Interferenz ist, wenn man am äquidistanten Punkt von den Lautsprechern steht..
Diese Erfahrung, die die Teilnahme von zwei Personen erfordert, dient dazu, zu überprüfen, ob die Objekte charakteristische Frequenzen haben.
2 identische leere Flaschen.
Die Teilnehmer müssen ihre Flaschen aufrecht und senkrecht halten und einen Abstand von ca. 2 m einhalten. Einer der Menschen bläst durch den Mund der Flasche und stößt den Luftstrahl schräg an, der andere hält seine Flasche senkrecht neben das Ohr.
Der Hörer bemerkt sofort, dass der Ton aus seiner eigenen Flasche zu kommen scheint, obwohl der Originalton in der Flasche erzeugt wird, die die andere Person bläst. Dieses Phänomen nennt man Resonanz.
Die Erfahrung kann wiederholt werden, wenn die Flasche der blasenden Person zur Hälfte mit Wasser gefüllt ist. In diesem Fall wird der Ton ebenfalls aufgenommen, jedoch höher.
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