Physik-LK · Skript 2 · Wellen
Kundtsches Rohr
In einem Glasrohr schwingt die Luftsäule zwischen Lautsprecher und verschiebbarem Kolben. Für die Teilchenbewegung sind beide Enden fest. Bei Resonanz ist die Länge L = k · λ2, und im Rohr steht eine Schallwelle. Korkmehl sammelt sich an den Knoten. Weil benachbarte Knoten den Abstand λ2 haben, liefert das Rohr die Wellenlänge und mit c = λ · f die Schallgeschwindigkeit.
So gehst du vor
- 1Schalte den Lautsprecher ein und wähle eine Frequenz.
- 2Ziehe den Kolben langsam durch das Rohr. Lass das Mikrofon dabei dicht am Lautsprecher. Die Messspur zeigt seine Spannung. Stelle den Kolben auf jedes Maximum und übernimm ihn mit „L in Tabelle A“.
- 3Bleib auf einer Resonanz stehen und warte, bis das Mehl Häufchen bildet. Lege die Marken x1 und x2 auf zwei Häufchen und stelle ein, wie viele Abstände dazwischenliegen.
- 4Übernimm f und den Knotenabstand in Tabelle B. Wiederhole das für mehrere Frequenzen.
- 5Werte erst dann mit den Knöpfen aus. Wechsle dann das Gas.
Mikrofon
0,0 mV
Kolben
60,0 cm
Marken
40,0 cm
Das Mikrofon misst den Schalldruck. Er ist dort am größten, wo die Luftteilchen ruhen, also an den Knoten der Bewegung. Die Messspur hält für jede Kolbenstellung den letzten Wert fest.
Frequenz f
1.000 HzKolbenstellung L
60,0 cmGas im Rohr
Diagramm
Knotenabstände zwischen den Marken
2Knotenabstand aus den Marken: d = 40,0 cm : 2 = 20,00 cm
A Resonanzen des Kolbens bei fester Frequenz: L über k
Miss alle Zeilen bei derselben Frequenz. Prüfe die Ordnung k: Fehlt ein Maximum, passt die Nummer nicht. Die Steigung ist λ2.
| Nr. | Ordnung k | Kolbenstellung L in cm |
|---|
B Knotenabstand bei verschiedenen Frequenzen: λ über T
Im Diagramm: λ = 2 · d über T = 1 : f. Aus λ = c · T folgt: Die Steigung ist die Schallgeschwindigkeit.
| Nr. | Frequenz f in Hz | Knotenabstand d in cm |
|---|
Aufträge
- Luft, f = 1000 Hz: Finde alle Resonanzen des Kolbens und fülle Tabelle A. Bestimme λ und c. Welche Werte erwartest du mit c = 343 ms?
- Bleibe auf einer Resonanz. Wo sammelt sich das Mehl? Fahre das Mikrofon durch das Rohr: Wo ist die Spannung am größten? Vergleiche mit dem Diagramm „Bewegung und Druck im Rohr“ und erkläre.
- Stelle den Kolben neben eine Resonanz. Was geschieht mit dem Mehl und mit der Mikrofonspannung? Erkläre mit der Reflexion an den Rohrenden.
- Fülle Tabelle B für mindestens vier Frequenzen zwischen 500 Hz und 3000 Hz. Stelle den Kolben jedes Mal neu auf eine Resonanz. Warum misst man über mehrere Knoten und teilt?
- Wähle Helium. Bei welcher kleinsten Frequenz gibt es im Rohr noch eine Resonanz? Berechne erst und prüfe dann.
- Wähle Gas X. Bestimme seine Schallgeschwindigkeit auf beiden Wegen und löse erst danach auf.
Theorie: Wellen-Skript, Abschnitte „Eigenschwingungen“, „Saiten und Pfeifen“ und „Mit stehenden Wellen messen“.