Schall

Schall

Schall
Die Bereiche „Hören“ und „Schall sind zwar weitestgehend Themen im Physikunterricht, dennoch kann ein kurzer „Exkurs“ – zumindest in höheren Klassen – nicht schädlich sein; oft „öffnen“ solche Experimente einigen Schülern Augen und Ohren …

Schall sichtbar machen
Um Schall sichtbar zu machen, eignet sich folgendes Experiment: Zwei Tambourine stehen parallel zueinander senkrecht auf dem Boden. Der Abstand zwischen den beiden Fellen beträgt etwa einen halben Meter. Vor der linken Trommel ist eine leichte Wollkugel so aufgehängt, dass sie am Fell anliegt. Wenn man nun das rechte Tambourin kurz und kräftig anschlägt, schnellt der Ball nach links weg. Danach schwingt er wieder zurück und pendelt dann noch einige Mal hin und her.

Beim Anschlagen des rechten Tambourins entsteht eine Schallwelle, die sich vom Fell ausgehend ausbreitet. Diese Schallwelle bringt das Fell des gegenüber stehenden Tambourins in Schwingung, so dass der Ball von dem schwingenden Fell angestoßen wird.

Wird das Fell des Tambourins angeschlagen, drückt sich die Luft, die sich unmittelbar vor dem gespannten Fell befindet, ein wenig zusammen; sie wird „komprimiert“. Um diesem Überdruck „auszuweichen“, bewegen sich die Luftteilchen nach vorne und stoßen dabei wiederum auf davor befindliche Luftteilchen. Es werden also viele kleine Impulse von einem Teilchen auf ein anderes übertragen. Dadurch entsteht eine sich fortpflanzende Druckwelle in Richtung auf das linke Tambourin.

Die Schallwelle breitet sich zwar auch in andere Richtungen aus, denn sonst könnte man einen Ton nur dann hören, wenn man sich genau davor befindet …

Trifft die Schallwelle am Fell des linken Tambourins auf, überträgt sich der Impuls auf das Fell und es wird eingedrückt.
Dadurch erhält der Ball einen Impuls, so dass er vom Fell abgestoßen wird.

Schall kann auch sehr gut in mit Wasser gefüllten Klangschalen sichtbar gemacht werden; die Schwingungen verlaufen in feinen Bahnen.

Mit Wasser lassen sich noch zahlreiche weitere Experimente durchführen. So kann man eine mit Wasser gefüllte Schüssel auf eine Box stellen; die Bässe schwingen sichtlich anders als die Höhen und erzeugen somit andere Linien und konzentrische Kreise.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Glasscherbe mit einer Kerze zu schwärzen, auf welche anschließend eine angeschlagene Stimmgabel gehalten wird, so dass sich feine Rillen ergeben.

Darüber hinaus kann man vor eine liegende Trommel (Djembé oder Conga) eine Kerze stellen. Mit kräftigem Schlag auf das Fell wird die Trommel „ausgepustet“.

Exkurs – Doppler-Effekt
Als Doppler-Effekt bezeichnet man die Veränderung der Frequenz von Wellen jeder Art, wenn sich die Quelle und der Beobachter einander nähern oder voneinander entfernen. Wenngleich dieser Effekt in erster Linie die Physiker interessiert, ist es doch immer wieder erstaunlich, dass auch im Musikunterricht hieran Interesse besteht.
Nähern sich der Beobachter und die Quelle einander, so erhöht sich die Frequenz; im umgekehrten Falle verringert sie sich. Ein bekanntes Beispiel ist die Änderung der Tonhöhe des Martinshorns eines fahrenden Krankenwagens. Solange sich das Fahrzeug nähert, ist der Ton höher, wenn es sich entfernt, wird der Ton tiefer.

Wenn man annimmt, dass das Martinshorn Schallwellen mit einer Frequenz von 1000 Hertz ausstrahlt, dann sendet es die zweite Spitze der Schallwellen genau 1/1000 Sekunde nach der ersten Spitze aus.

Für den Beobachter eines fahrenden Krankenwagens erscheint dies anders. Wenn der Krankenwagen nämlich auf den Beobachter zufährt, hat die zweite Spitze der Schallwellen einen kürzeren Weg zum Beobachter als die erste und kommt also nicht mit 1/1000 Sekunde zeitlichen Abstandes an, sondern etwas früher, wodurch die Frequenz bzw. der Ton des Martinshornes höher erscheint.

Wenn der Krankenwagen am Beobachter vorbei gefahren ist, verhält es sich umgekehrt: dem Beobachter erscheint der Ton tiefer zu sein.

Dieses Experiment lässt sich mit Boomwhackers oder Klangstäben auf dem Schulhof nachstellen. Entweder laufen Musiker an der Gruppe oder die Gruppe läuft an den Musizierenden vorbei.

Der Effekt sollte nicht zum „Unterrichtsgegenstand“ gemacht sondern vielmehr spielerisch nebenbei erwähnt werden (interessierten Schüler kann man dann entsprechende Literatur bzw. Links nennen)