Zusammenfassung
Der Mensch informiert sich über den momentanen Zustand seiner Umwelt mit Hilfe seiner 5 Sinne. Die beiden am besten entwickelten Sinne benutzen zur Informationsübertragung Wellen: der Gesichtssinn die elektromagnetischen des Lichtes, das Gehör die mechanischen des Schalls. Wellen transportieren Energie, aber keine Materie. Ein Empfänger nimmt diese Energie auf und beginnt dann zu schwingen.
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Übungsaufgaben
(I) leicht; (II) mittel; (III) schwer
Schwingungen
(II) In welcher Beziehung müssen Kraft und Auslenkung zueinander stehen, damit es a) überhaupt zu Schwingungen kommen, b) zu harmonischen Schwingungen kommen kann?
(II) Die Amplitude einer ungedämpften harmonischen Schwingung betrage 5 cm, die Schwingungsdauer 4 s und der Phasenwinkel π/4. Welchen Wert besitzt die Auslenkung und die Geschwindigkeit zum Zeitpunkt t = 0. Welche maximale Beschleunigung tritt auf?
(I) Als Sekundenpendel bezeichnet man ein Fadenpendel, das genau eine Sekunde braucht, um von einem Umkehrpunkt zum anderen zu kommen. Wie groß ist seine Pendellänge?
(II) Eine kleine Fliege (0,15 g) wird in einem Spinnennetz gefangen. Dort schwingt sie mit etwa 4 Hz. Wie groß ist die effektive Federkonstante des Netzes? Mit welcher Frequenz würde die ein Insekt mit einer Masse von 0,5 g schwingen?
(II) Zwei Federpendel haben gleiche Masse und schwingen mit der gleichen Frequenz. Wenn eines die 10-fache Schwingungsenergie hat wie das andere, wie verhalten sich dann ihre Amplituden?
(II) Auf dem Ende eines Sprungbretts im Schwimmbad liegt ein Backstein. Das Sprungbrett schwingt mit einer Frequenz von 3,5 Hz. Ab welcher Schwingungsamplitude fängt der Stein an, auf dem Brett zu hüpfen?
(I) Muss Resonanz zu Resonanzüberhöhung führen?
zu Wellen
(I) Die Schallquellen der Ultraschallgeräte beim Arzt arbeiten meist bei Frequenzen in der Größenordnung 1 MHz. Wie groß ist die zugehörige Wellenlänge im Gewebe? (Zur Abschätzung darf die Schallgeschwindigkeit im Gewebe der des Wassers gleichgesetzt werden). Nur Objekte, die größer sind als die Wellenlänge, können von einer Welle gut abgebildet werden.
(II) Sie gehen mit einer Tasse Kaffee (Durchmesser der Tasse: 8 cm) die Treppe hinauf und machen dabei in jeder Sekunde einen Schritt. Der Kaffee schaukelt sich in der Tasse auf und nach ein paar Schritten kleckert er Ihnen auf die Schuhe. Welche Geschwindigkeit haben die Oberflächenwellen auf Ihrem Kaffee?
(II) Was ergibt 0 dB + 0 dB?
(II) Wenn jeder der 65 Sänger eines Chores für sich allein den Chorleiter mit 65 Phon „beschallt“, mit welcher Lautstärke hört der Chorleiter den ganzen Chor?
(II) Sie stehen zwischen zwei Musikern, die beide den Kammerton A spielen. Einer spielt ihn richtig mit 440 Hz, einer falsch mit 444 Hz. Mit welcher Geschwindigkeit müssen Sie sich auf welchen Musiker zu bewegen, um beide Töne mit gleicher Tonhöhe zu hören?
(I) Angenommen, eine Schallquelle bewegt sich gerade genau im rechten Winkel zur Sichtlinie zu Ihnen. Tritt in diesem Moment Dopplereffekt auf?
(I) Welchen Öffnungswinkel hat der Kegel der Kopfwelle eines Flugzeuges, das mit „Mach 2“, also mit doppelter Schallgeschwindigkeit fliegt?
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Harten, U. (2014). Mechanische Schwingungen und Wellen. In: Physik. Springer-Lehrbuch. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-53854-4_4
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Publisher Name: Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg
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Online ISBN: 978-3-642-53854-4
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