2 Die Welt, in der wir uns bewegen 1! Wie arbeite ich mit diesem Buch? Liebe Schülerin, lieber Schüler! In diesem Schuljahr lernst du vielleicht zum ersten Mal in deiner Schulzeit das Fach „Physik“ genauer kennen. Wahrscheinlich kennst du aber bereits ein paar interessante Versuche und Vorgänge aus dem großen Gebiet der Naturwissenschaften – sei es von deiner Familie, aus der Volksschule oder aus den Medien. Dieses Buch soll dir helfen, tiefer in die spannende Welt der Physik einzutauchen. Wir wünschen dir und deiner Lehrerin oder deinem Lehrer viel Vergnügen beim Physikunterricht! Auf dieser Doppelseite zeigen wir dir, wie das Schulbuch aufgebaut ist. Dein Schulbuch hat fünf große Kapitel (zB „Vom Schall und vom Hören“). Jede Doppelseite behandelt ein Thema (zB „Wie sich der Schall ausbreitet“). 24 25 Vom Schall und vom Hören 2 Arbeitsheftseiten 12–13 Wie sich der Schall ausbreitet Wie überträgt die Luft den Schall? Noah und Milena hören eine Lautsprecherdurchsage am Bahnsteig. Sie überlegen: „Wie bringt die Luft den Ton zu unseren Ohren?“ (Abb. 24.1). Besprecht eure Vorstellungen in der Gruppe. Stellt eure Ergebnisse einer anderen Gruppe vor. Eure Vorstellungen könnt ihr mithilfe eines Versuchs überprüfen. Die bewegte Flamme (Abb. 24.2) Verwendet diese Materialien: Kerze mit Kerzenständer (und Feuerzeug), großer Topfdeckel oder runde Backform (Torte, Pizza), Kochlöffel (Holz). Entzündet die Kerze. Haltet den Topfdeckel gerade neben die Kerze. Schlagt mit dem Kochlöffel mittig auf den Topfdeckel. Was geschieht mit der Kerzenflamme? Durch den Schlag schwingt der Topfdeckel hin und her. Er ist der Schallsender ( Seiten 22–23). Um den Schallsender entstehen Verdichtungen und Verdünnungen der Luft. Im Teilchenmodell ( Seite 18) können wir uns das so vorstellen (Abb. 24.3): Durch das hin und her Schwingen des Schallsenders haben die Luftteilchen abwechselnd mehr oder weniger Platz. Sie rücken enger zusammen (Verdichtung) oder weiter auseinander (Verdünnung). Dabei entsteht eine Druckwelle, die wir Schallwelle nennen. Die Schallwelle breitet sich in der Luft in alle Richtungen aus (Abb. 24.4). Sie gelangt zur Kerzenflamme und bewegt diese. Die Schallwelle gelangt auch zu deinem Ohr, dem Schallempfänger. Dort bringt sie das Trommelfell zum Schwingen, du hörst einen Ton. Die Luftteilchen selbst bewegen sich nicht weit durch den Raum. Sie schwingen nur hin und her und geben die Schwingungen durch Stöße an benachbarte Luftteilchen weiter ( Seite 19). Luftteilchen, die sich weit durch den Raum bewegen, würdest du als Wind bezeichnen. Die Luft ist hier das Medium für die Schallwelle. Ein Medium ist ein Material, das Teilchenschwingungen weitergeben kann. Ohne Medium gibt es keine Schallwellen (Abb. 24.6)! Mate schaut sich einen Film an: Ein Raumschiff explodiert laut im Weltall. „So ein Blödsinn!“, sagt Mate. Was meint er damit? 24.1 Weshalb hören Noah und Milena die Durchsage aus dem Lautsprecher? Wie leitet die Luft Schall weiter? A1 V1 24.2 Die bewegte Flamme 24.3 Darstellung im Teilchenmodell: Schallwellen sind Verdichtungen und Verdünnungen der Luft. Bei Verdichtungen sind die Luftteilchen enger beieinander als bei Verdünnungen. 24.4 Schallwellen breiten sich in alle Richtungen aus. Verdünnung Verdichtung Ein Schallsender erzeugt Schallwellen. Das sind Verdichtungen und Verdünnungen der Luft. Diese Schwingungen der Luftteilchen werden in alle Richtungen weitergegeben. M Verdichtung Verdünnung A2 24.6 Ohne Luft können wir das Klingeln der Glocke nicht hören. luftleerer Raum (Vakuum) 24.5 Informationen an der Haltestelle sind für alle zu hören. La utsprecher fü r Informationen Wie schnell kann sich Schall ausbreiten? Schall durch den Schlauch (Abb. 25.1) Nimm eine Schlauchrolle von 50 m Länge. Befestige an einer Öffnung einen Trichter zum Hören. Halte den Trichter an ein Ohr. Sprich in die andere Öffnung einen kräftigen kurzen Laut und horche. Kannst du die Zeitspanne zwischen Sprechen und Hören mit einer Stoppuhr messen? Der Schall legt in der Luft bei etwa 20 °C etwa 340 Meter in einer Sekunde zurück. Du kannst bei einem Gewitter die Sekunden zwischen Blitz und Donner zählen. Drei Sekunden Unterschied entsprechen etwa 1 km Entfernung (Abb. 25.2). Das Schnurtelefon (Abb. 25.3) Verbinde zwei Jogurtbecher mit einer längeren Schnur. Du kannst für die Befestigung zB Zahnstocher verwenden. Bei gespannter Schnur könnt ihr euch leise unterhalten. Erkläre, wie hier der Schall übertragen wird. Beim Sprechen in den Becher werden die Schallschwingungen über die Schnur weitergegeben und auf den zweiten Becher übertragen. Obwohl leise gesprochen wird, ist alles gut zu verstehen. Wie kommt der Ton um die Ecke? Amir und Dario befinden sich in zwei Zimmern, die um die Ecke liegen. Sie unterhalten sich laut. Obwohl der Schall nicht direkt zu ihren Ohren gelangt, können sie sich gut verstehen. Wie lässt sich das erklären? Ein Ton ändert seine Richtung (Abb. 25.4) Polstere einen Kübel (10 Liter) 10 cm hoch mit Küchenrollenpapier aus. Lege darauf ein Handy mit leisem Klingelton. Versuche mit einem Backblech den Ton aus dem Kübel zu anderen Personen zu lenken. Der Ton aus dem Kübel wird vom Backblech zurückgeworfen („reflektiert“). In Zimmern wird der Schall zB von den Wänden reflektiert. Im Gebirge wird der Schall an Bergwänden reflektiert. Das nennen wir „Echo“ (Abb. 25.5). Dazu muss die Wand mehr als 34 Meter entfernt sein. Beschreibe deiner Sitznachbarin oder deinem Sitznachbarn, wie ein Echo entsteht. Achte dabei auf die Verwendung physikalischer Fachbegriffe. V2 25.1 Schall durch den Schlauch 25.2 Das Licht ist viel schneller als der Schall. Daher hörst du den Donner 3 Sekunden pro km später, als du den Blitz siehst. V3 gespannte Schnur (z B 5 m) Jogurtbecher 25.3 Das Schnurtelefon Die Schallgeschwindigkeit in der Luft beträgt etwa 340 Meter pro Sekunde. In Flüssigkeiten und Feststoffen ist sie größer. M Infobox: Schallgeschwindigkeit bei 20 °C: in Luft … 343 m __ s in Helium (Ballongas) … 981 m __ s in Wasser … 1 484 m __ s in Holz … etwa 3 300 m __ s V4 A3 Schall wird von Gegenständen oder Wänden zurückgeworfen (reflektiert). M 25.4 Ein Ton ändert seine Richtung ausgesendete Schallwellen reflektierte Schallwellen 25.5 Bei einem Echo werden Schallwellen zurückgeworfen („reflektiert“). Die Schallwellen sind vereinfacht dargestellt. XII XI X IX VIII VII VI V IV III II I 25.6 In festen Materialien ist der Schall schneller als in Luft. Film y8222y Zusatzmaterial yh54pc Christian Mašin, Pia Glaeser, Gerald Grois Erklärungen zu den Ergebnissen der Versuche und weitere Inhalte stehen im Text. Infoboxen liefern zusätzliche Informationen oder wiederholen wichtige Begriffe. Jedes Thema ist durch Fragen gegliedert. Physikerinnen und Physiker stellen Fragen an die Natur und versuchen, sie durch Versuche und logisches Denken zu beantworten. Versuche helfen beim Beantworten der Fragen an die Natur. Die Versuche sind oft einfach durchzuführen, ob im Unterricht oder zu Hause. Physik ohne Versuche funktioniert nicht! Versuche für Lehrerinnen und Lehrer sind mit LV gekennzeichnet. Arbeitsaufgaben fordern dich auf, über zB deine Versuche nachzudenken, sie festzuhalten, auszuwerten oder zu deuten. Manchmal ist es notwendig, Informationen zu suchen, die nicht in deinem Schulbuch stehen. Hier findest du Verweise auf das Arbeitsheft oder auf digitales Zusatzmaterial. Merktexte fassen die Informationen kurz zusammen. So weißt du, was wichtig ist. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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