Laborkabel als Schallleiter.

Idee: Marlies Rommel, Erich-Kästner-Gymnasium, Eislingen/Fils


Kontext:

Akustik, Schallleiter und Schallausbreitung


Das Experiment:

Entfernt man die Stimmgabel vom Resonanzkasten, so kann man in den entstehenden Zwischenraum verschiedene Materialien bringen, um deren Schallleitungseigenschaften zu untersuchen. So kann man z.B. zeigen, dass Metalle gute Schallleiter sind.
Auch Laborkabel sind elektrische Leiter und sie haben einen Kern aus Metall, dann müssten sie doch eigentlich auch den Schall gut leiten können!

Führt man das Experiment dann durch, so ergibt sich eine Überraschung!

Während es für die Leitung des elektrischen Stroms überhaupt keine Rolle spielt, ob das Kabel straff gezogen oder gewunden auf dem Tisch liegt, ist dies für die Schallleitung sehr entscheidend!

Stimmgabel und Resonanzkasten

Tonaufnahmen bei Filmen mit einer Digitalkamera sind immer kritisch. In Wirklichkeit ist der Effekt besser als Sie ihn hier hören. Notfalls müssen Sie die Lautstärke der Soundkarte/Boxen etwas erhöhen.

Was steckt dahinter?

Ergebnis: Nur wenn das Kabel "straff gezogen" wird, leitet es den Schall, hängt es "schlaff durch", erfolgt keine Schallleitung.

strammes Laborkabel "schlaffes" Laborkabel
Modell strammes Kabel Modell schlaffes Kabel
gute Schallleitung schlechte (keine) Schallleitung

Warum ist das so?

Offenbar funktioniert die Schallleitung also nur wirklich gut, wenn die einzelnen Moleküle (in den Skizzen die weißen Kreise) ihre Schwingbewegung "in gerader Linie" direkt an die Nachbarmoleküle weitergeben können.
Ist dies nicht möglich, dann wird die Schallinformation auch nicht weitergegeben.
Die Modelldarstellung (rechts) macht dies deutlich: das zweite Molekül kann die Schwingbewegung nicht an das folgende Molekül weitergeben, weil dieses nicht in einer Linie mit ihm liegt. Die Weitergabe der Schallinformation ist dadurch unterbrochen.

Dass hinter dieser Überlegung ein wertvolles Prinzip steckt, das auch unabhängig vom Material des Schallleiters gilt, kann man dann mit dem bekannten Schnurtelefon zeigen:

Dabei werden in die Böden zweier Plastikbecher Löcher gebohrt und diese mit einer Schnur verbunden. Nur wenn die Schnur anschließend stramm gespannt ist und nirgends eingeklemmt wird, kann man mit den Kunststoffbechern "telefonieren".
Dabei wird der Boden des einen Kunststoffbechers in Schwingungen versetzt, wenn man in hin spricht. Die gespannte Schnur gibt die Schwingungsinformation weiter und der Boden des zweiten Kunststoffbechers schwingt dann genau im selben Takt mit. Dies hört man, wenn man den Becher ans Ohr hält.

Der erste Becher entspricht also der Stimmgabel, die Schnur dem (gespannten) Laborkabel und der zweite Becher dem Resonanzkasten.
Das Bild zeigt ein kommerzielles Produkt, wie man es in Spielwarengeschäften bekommt.
Bild Schnurtelefon
Bild : Schnurtelefon

Sie können den Film auch hier herunterladen: stimmgabel.flv (FLV Format 1,4 MB).
(Rechter Mausklick und "Ziel speichern unter")
Zur Wiedergabe eignet sich z.B. der kostenlose VLC-Player http://www.videolan.org/vlc/