Hallo,
warum breitet sich Schall in verschiedenen Medien mit unterschielicher Geschwindigkeit aus? Zum Beispiel in der Luft, da breitet er sich mit ca. 330m/s aus. Wie kann man sich das anschaulich vorstellen, das die Geschwindigkeit nur vom Medium abhängt, indem er sich ausbreitet und nicht davon, wie fest man die „Kügelchen“ anstößt?
Das einfache Modell mit den Kügelchen, die einfach nebeneinader liegen, kann man hier bestimmt nicht mehr verwenden.
Noch etwas spezieller: Warum ist in dispersiven Medien die Ausbreitungsgeschwindigkeit auch noch von der Frequenz abhäning?
Wie kann man sich das denn anschaulich vorstellen?
also wenn ich mein Schulphysik Wissen wieder reaktiviere, dann liegt es daran, dass bspw. Wasser eine höhere Dichte als Luft hat oder andere Gase, Flüssigkeiten etc.
D.h. die „Ausbreitungsernergie“ wird hierbei durch die „Massenträgheit“ schneller reduziert oder im umkehrschluss weiter getragen als bei Luft.
Ob dadurch die Geschwindigkeit beeinflusst wird, kann ich dir nicht sagen.
Aber wenn man tauchen geht, hört man Bootsschrauben auch sehr deutlich und das in einer höheren Frequenz. Vielleicht verfügen höhere Frequenzen über eine höhere Energie (da mehr Schwingungen/sec)
Soweit zu meiner Theorie-
und jetzt zerfleischt mich
Bin auch mal auf die Antwort von Fachleuten gespannt
Wie kann man sich
das anschaulich vorstellen, das die Geschwindigkeit nur vom
Medium abhängt, indem er sich ausbreitet und nicht davon, wie
fest man die „Kügelchen“ anstößt?
Das einfache Modell mit den Kügelchen, die einfach
nebeneinader liegen, kann man hier bestimmt nicht mehr
verwenden.
Doch, das geht damit, du musst nur die Kügelchen mit einer feder verbinden.
Nimmst du eine ganz weiche Feder, hast du eine lange Verzögerungszeit von Küglchen zu Kügelchen.
Als härteste Feder kannst du gleich eine Stange nehmen.
Dazwischen kannst du mit der Feder alle Zeiten einstellen.
Wie kann man sich
das anschaulich vorstellen, das die Geschwindigkeit nur vom
Medium abhängt, indem er sich ausbreitet und nicht davon, wie
fest man die „Kügelchen“ anstößt?
Das einfache Modell mit den Kügelchen, die einfach
nebeneinader liegen, kann man hier bestimmt nicht mehr
verwenden.
Doch, das geht damit, du musst nur die Kügelchen mit einer
feder verbinden.
Nimmst du eine ganz weiche Feder, hast du eine lange
Verzögerungszeit von Küglchen zu Kügelchen.
Als härteste Feder kannst du gleich eine Stange nehmen.
Dazwischen kannst du mit der Feder alle Zeiten einstellen.
Ich will mal daran ansetzen. Stell Dir mal eine Kugelpendelkette vor http://www.salvator.net/salmat/physik/fu/kugpend.htm, also wo mehrere Kugeln hintereinander aufgehängt sind. Hebt man die erste Kugel an und lässt sie schwingen, überträgt sich der Impuls auf die anderen Kugeln und die letzte schwingt dann nach oben. Egal mit welcher Kraft die erste Kugel aufschlägt, vom Aufschlag-Zeitpunkt an wird die letzte Kugel immer zur gleichen Zeit ausschlagen, nur in einer anderen Höhe. Egal wie groß die Kraft ist, sie wird immer gleich schnell, abhängig von den Kugeln und ihren Entfernungen/Bindungen zueinander, übertragen. So ist es auch beim Schall, die Kugeln sind hierbei die Atome/Moleküle des Mediums, von deren Entfernungen/Bindungen zueinander die Ausbreitungsgeschwindigkeit abhängt. Grob gesagt, je größer die Dichte des Stoffes, desto höher ist die Schallgeschwindigkeit.
Hallo,
warum breitet sich Schall in verschiedenen Medien mit
unterschielicher Geschwindigkeit aus?
zwischen gasen und nicht gasen besteht der hauptunterschied darin, dass sich gase nach der allgemeinen gastheorie verhalten. ihre schallausbreitung ist also weitaus ungeordneter als die von feststoffen oder flüssigkeiten.
warum verschiede gase verschiede geschwindigkeiten haben, ist das wieder druck-, temperatur und dichteabhängig.
die verschiedenen geschwindigkeiten in feststoffen und flüssigkeiten haben wiederum andere gründe, die ich nicht weiß. vermutlich können sich auch verschiede gründe überlagern - festigkeit, härte, dichte, temperatur können da eine rolle spielen.
Zum Beispiel in der
Luft, da breitet er sich mit ca. 330m/s aus. Wie kann man sich
das anschaulich vorstellen, das die Geschwindigkeit nur vom
Medium abhängt, indem er sich ausbreitet und nicht davon, wie
fest man die „Kügelchen“ anstößt?
Das einfache Modell mit den Kügelchen, die einfach
nebeneinader liegen, kann man hier bestimmt nicht mehr
verwenden.
wie stark man sie anstößt, das ist das die lautstärke. das hat aber keine einfluss auf die geschwindigkeit. das einfache kugelmodell passt da schon für gase. wenn du die kugel noch verbindest, simulierst du flüssigkeiten und feststoffe.
Noch etwas spezieller: Warum ist in dispersiven Medien die
Ausbreitungsgeschwindigkeit auch noch von der Frequenz
abhäning?
Wie kann man sich das denn anschaulich vorstellen?
wasser ist ein dispersives medium. das heißt, die normale schallwelle wird von einer anderen welle überlagert. beim wasser wird der schall also von den wellen, die an der oberfläche sichtbar sind, beeinflusst. die geschwindigkeit dieser wellen bzw. deren bewegung und somit diese frequenz beeinflusst den schall.
Stell Dir mal die Luft gedanklich in Schichten unterteilt vor. Eine Lautsprechermembran drückt nun die erste dieser Schichten zusammen. Dabei steigt der Druck in ihrem inneren und die Temperatur. Diese Schicht drückt nun auf die Nächste Schicht, komprimiert diese, usw. Auf diese Art und Weise breitet sich die Druckwelle - der Schall - aus.
Die Geschwindigkeit, mit der sich der Schall ausbreitet, hängt also im wesentlichen damit zusammen, wie das Gas auf eine sehr schnelle Kompression reagiert.
Die Rechnung wird nun ein bisschen kompliziert. Ich überspringe sie mal. Wenn Du möchtest, kann ich sie noch vorführen (bzw. aus einem Physik-Buch abschreiben )
Das Ergebnis ist, dass die Schallgeschwindigkeit zwar von der Temperatur, jedoch nicht (wie vielfach angenommen und hier auch schon behauptet) vom Druck abhängt.
Man stellt sich bei der Schallausbreitung gerne vor, dass da Gasatome aneinander stoßen und auf diese Weise die Schallwelle wie bei der Dominokette weiter transportieren. Allerdings merkt man bei einer Betrachtung der Größenordnungen, dass diese Vorstellung ziemlicher Quatsch ist. Schallwellen haben eine Wellenlänge von typischerweise einigen Dezimetern. Die mittlere freie Weglänge eines Gasmoleküls (also die Entfernung, die es durchschnittlich zurücklegt, bevor es auf ein anderes Gasmolekül trifft) ist ungefähr 70 nm. Also ist die Wellelänge 100 Mio. mal größer. Um einen hinkenden Vergleich zu bringen: Das Gasmolekül merkt von den Schallwellen ungefähr genauso viel wie eine 10m-Yacht von 1.000.000 km langen Meereswellen.
die verschiedenen geschwindigkeiten in feststoffen und
flüssigkeiten haben wiederum andere gründe, die ich nicht
weiß.
In Festkörpern sind die Atome an einander gebunden. Sie können Zug-, Druck- und Scherkräfte aufeinander ausüben. Die Wechselwirkung ist also fundamental anders als bei Gasen und Flüssigkeiten.
vermutlich können sich auch verschiede gründe überlagern
festigkeit, härte, dichte, temperatur können da eine rolle
spielen.
Entschuldigung, wenn ich jetzt etwas deutlich werde, aber Du scheinst nicht gerade ein Experte auf dem Gebiet der Schallausbreitung zu sein. Macht das herumtrollen Spaß?
Die Schallgeschwindigkeit in Festkörpern hängt vom Elastizitätsmodul und seiner Dichte ab. Siehe Wikipedia.
wasser ist ein dispersives medium. das heißt, die normale
schallwelle wird von einer anderen welle überlagert. beim
wasser wird der schall also von den wellen, die an der
oberfläche sichtbar sind, beeinflusst. die geschwindigkeit
dieser wellen bzw. deren bewegung und somit diese frequenz
beeinflusst den schall.
Zitat aus obigem Link:
_ Schallgeschwindigkeit in idealen Gasen
Die Schallgeschwindigkeit in idealen Gasen ist abhängig vom Adiabatenexponent κ (kappa), der Dichte ρ (rho) sowie dem Druck p des Gases oder alternativ …_
Entschuldigung, wenn ich jetzt etwas deutlich werde, aber Du
scheinst nicht gerade ein Experte auf dem Gebiet der
Schallausbreitung zu sein. Macht das herumtrollen Spaß?
Diese beiden Formeln wollen richtig verstanden werden:
(1) Die Schallgeschwindigkeit ein- und desselben Gases hängt – erstaunlicherweise – nicht von seinem Druck p ab, sondern nur von seiner Temperatur T. Hier darf man sich nicht von der ersten Gleichung irritieren lassen: Darin steht zwar p, aber als Teil des Quotienten ρ / p. Dieser Quotient jedoch ist bei ein- und demselben Gas und gleichbleibender Temperatur konstant, denn wenn man z. B. den Druck isotherm verdreifacht, verdreifacht sich auch die Dichte.
(2) Die Schallgeschwindigkeit fünf verschiedener Gase mit demselben Druck, aber verschiedener Dichte hängt von der jeweiligen Dichte dieser fünf Gase ab.
Da warst Du mit Deinem Einwand etwas vorschnell. Der Druck in idealen Gasen ist gegeben durch die Formel:
c = Wurzel( κp/ρ)
κ: Adiabatenexponent (κ=1,4 für zweiatomige Gase)
p: Druck
ρ: Dichte
Da ρ bei gegebener Temperatur proportional zu p ist, ergibt sich
c ~ T1/2
c ist damit ausdrücklich nicht abhängig vom Druck! Damit klar ist, wie ich das meine: Wenn man zwei Gase gleicher Zusammensetzung und gleicher Temperatur hat, dann ist in beiden Gasen die Schallgeschwindigkeit gleich unabhängig davon, wie hoch der Druck ist.
Den Einwand mit dem Hochvakuum lasse ich nicht gelten, weil von Schallausbreitung nur dann die Rede sein kann, wenn die mittlere freie Weglänge der Gasteilchen kleiner als der Abstand zwischen Sender und Empfänger ist.
Die Geschwindigkeit, mit der sich der Schall ausbreitet, hängt
also im wesentlichen damit zusammen, wie das Gas auf eine sehr
schnelle Kompression reagiert.
Das Ergebnis ist, dass die Schallgeschwindigkeit zwar von der
Temperatur, jedoch nicht (wie vielfach angenommen und
hier auch schon behauptet) vom Druck abhängt.
das kommt drauf an, wie man „abhängig“ definiert. erhöhe ich den druck, lasse aber die dichte gleich, erhöht sich die geschwindigkeit. über die allg. zustandsgleichung sind p, T und rho verbunden.
Man stellt sich bei der Schallausbreitung gerne vor, dass da
Gasatome aneinander stoßen und auf diese Weise die Schallwelle
wie bei der Dominokette weiter transportieren. Allerdings
merkt man bei einer Betrachtung der Größenordnungen, dass
diese Vorstellung ziemlicher Quatsch ist.
auch hier sollte man nicht alle äpfel vom baum schütteln…es ist beides. die schallwellen an sich breiten sich durch luftbewegungen aus. im wesentlichen entsteht so der schall (alle materiewellen). ohne luftbewegungen kein schall. aber die luftbewegungen selbst und deren eigenschaften kommen nur zustande, weil viele teilchen und somit ganze luftpakete aneinanderstoßen, komprimiert bzw. bewegt werden. die teilchen, die komprimiert werden, geben den impuls durch ihre dichte, ihren druck und ihre temperatur weiter. diese weitergabe(-fähigkeit) ist für die geschwindigkeit verantwortlich und ist letztendlich verantwortlich für die komprimierbarkeit des gases.
will nicht widersprechen, sondern ergänzen - man sollte beides betrachten - schallwelle und die entstehung (bsp.:lautsprechermembran, was ich jetzt nicht tat), aber auch den grund für die geschwindigkeit(molekularebene). sonst könnte es durcheinanderbringen.
Wenn man zwei Gase gleicher
Zusammensetzung und gleicher Temperatur hat, dann ist in
beiden Gasen die Schallgeschwindigkeit gleich unabhängig
davon, wie hoch der Druck ist.
wenn man 2 gase hat, die eine gleich große temperatur haben, dann haben sie die gleiche schallgeschwindigkeit. erhöht man druck, erhöht sich auch die dichte. es kommt drauf an, auf welcher ebene man das betrachtet.
Den Einwand mit dem Hochvakuum lasse ich nicht gelten,
erhöhe ich den druck, erhöht sich die geschwindikeit, wenn die temperatur gleichbleibt. mehr gibt es dazu eigentlich nicht zu sagen.
vermutlich können sich auch verschiede gründe überlagern
festigkeit, härte, dichte, temperatur können da eine rolle
spielen.
Entschuldigung, wenn ich jetzt etwas deutlich werde, aber Du
scheinst nicht gerade ein Experte auf dem Gebiet der
Schallausbreitung zu sein. Macht das herumtrollen Spaß?
Die Schallgeschwindigkeit in Festkörpern hängt vom
Elastizitätsmodul und seiner Dichte ab. Siehe Wikipedia.
eigentlich geht einem deine art schon ziemlich auf die nerven.
die festigkeit ist abhängig vom e-modul. stahl hat bei 600 grad mit sicherheit eine andere schallgeschwindigkeit als bei 20 grad - schon ganz einfach aus dem grund, weil dich die molekularstruktur ändert und es natürlich somit e-modul und festigkeit, die härte sowieso…
wasser ist ein dispersives medium. das heißt, die normale
schallwelle wird von einer anderen welle überlagert. beim
wasser wird der schall also von den wellen, die an der
oberfläche sichtbar sind, beeinflusst. die geschwindigkeit
dieser wellen bzw. deren bewegung und somit diese frequenz
beeinflusst den schall.
Nonsense.
ich freue mich wirklich über konstruktive kritik oder verbesserungen, aber du scheinst dazu nicht fähig zu sein.
wasserwellen beeinflussen die schallausbreitung…steht alles in deinem link. das ist auch logisch, denn ein sich bewegendes medium muss diese geschwindigkeit ja beinflussen.
man sollte beides betrachten - schallwelle und die entstehung
(bsp.:lautsprechermembran, was ich jetzt nicht tat)
Ohne Dir zu nahe treten zu wollen: Danke, dass Du die nicht
auch noch betrachtet hast. Es ist so schon schlimm genug.
die hat michael betrachtet…und das passt ja auch. du darft ruhig mehr schreiben, wenn du etwas sagen möchtest. solche kommentare sind absolut kontraproduktiv.
erhöhe ich den druck, erhöht sich die geschwindikeit, wenn die
temperatur gleichbleibt. mehr gibt es dazu eigentlich nicht zu
sagen.
Doch. Das ist falsch. Wenn ich die Temperatur gleich lasse und den Druck erhöhe, ändert sich die Schallgeschwindigkeit nicht. (Im selben Maße, wie sich der Druck erhöht, steigt ja auch die Dichte des Gases. Der Quotient aus Druck und Dichte ist somit nicht vom Druck abhängig.)
wasser ist ein dispersives medium. das heißt, die normale
schallwelle wird von einer anderen welle überlagert. beim
wasser wird der schall also von den wellen, die an der
oberfläche sichtbar sind, beeinflusst. die geschwindigkeit
dieser wellen bzw. deren bewegung und somit diese frequenz
beeinflusst den schall.
Nonsense.
ich freue mich wirklich über konstruktive kritik oder
verbesserungen, aber du scheinst dazu nicht fähig zu sein.
Dispersion bedeutet, dass die Phasengeschwindigkeit einer Welle frequenzabhängig ist. Was hat das mit Deinem Text zu tun? Normalerweise neige ich nicht dazu, Passagen eines einzigen Postings mit einem einzigen Wort zu kommentieren. In Deinem Beitrag fehlt mir aber wirklich ein Fünkchen Wahrheit, über das man diskutieren könnte.
wasserwellen beeinflussen die schallausbreitung…steht alles
in deinem link.
Wo genau? Kannst Du mal zitieren?
das ist auch logisch, denn ein sich bewegendes
medium muss diese geschwindigkeit ja beinflussen.
Wasserwellen sind Schwerewellen. Schallwellen sind Druckwellen. Ich kann nicht erkennen, wie diese beiden Wellen sich gegenseitig beeinflussen sollten.
Das Ergebnis ist, dass die Schallgeschwindigkeit zwar von der
Temperatur, jedoch nicht (wie vielfach angenommen und
hier auch schon behauptet) vom Druck abhängt.
das kommt drauf an, wie man „abhängig“ definiert. erhöhe ich
den druck, lasse aber die dichte gleich, erhöht sich die
geschwindigkeit.
Es ist unmöglich, in einem Gas bei konstanter Temperatur den Druck zu erhöhen, ohne die Dichte ebenfalls zu erhöhen.
Das Ergebnis ist, dass die Schallgeschwindigkeit zwar von der
Temperatur, jedoch nicht (wie vielfach angenommen und
hier auch schon behauptet) vom Druck abhängt.
das kommt drauf an, wie man „abhängig“ definiert. erhöhe ich
den druck, lasse aber die dichte gleich, erhöht sich die
geschwindigkeit.
Es ist unmöglich, in einem Gas bei konstanter Temperatur den
Druck zu erhöhen, ohne die Dichte ebenfalls zu erhöhen.
erhöhe ich den druck, erhöht sich die geschwindikeit, wenn die
temperatur gleichbleibt. mehr gibt es dazu eigentlich nicht zu
sagen.
Doch. Das ist falsch. Wenn ich die Temperatur gleich lasse und
den Druck erhöhe, ändert sich die Schallgeschwindigkeit nicht.
(Im selben Maße, wie sich der Druck erhöht, steigt ja auch die
Dichte des Gases. Der Quotient aus Druck und Dichte ist somit
nicht vom Druck abhängig.)
doch, du hast das oben selbst geschrieben - dichte und druck erhöht sich(parallel).
Dispersion bedeutet, dass die Phasengeschwindigkeit einer
Welle frequenzabhängig ist. Was hat das mit Deinem Text zu
tun? Normalerweise neige ich nicht dazu, Passagen eines
einzigen Postings mit einem einzigen Wort zu kommentieren. In
Deinem Beitrag fehlt mir aber wirklich ein Fünkchen Wahrheit,
über das man diskutieren könnte.
wasserwellen beeinflussen die schallausbreitung…steht alles
in deinem link.
In einem dispersiven Medium ist die Schallgeschwindigkeit von der Frequenz abhängig. Die räumliche und zeitliche Verteilung einer Fortpflanzungsstörung ändert sich ständig. Jede Frequenzkomponente pflanzt sich jeweils mit ihrer eigenen Phasengeschwindigkeit fort, während die Energie der Störung sich mit der Gruppengeschwindigkeit fortpflanzt. Wasser ist ein Beispiel eines dispersiven Mediums.
In einem nicht dispersiven Medium ist die Schallgeschwindigkeit unabhängig von der Frequenz. Daher sind die Geschwindigkeiten des Energietransports und der Schallausbreitung dieselben. Luft ist ein nicht dispersives Medium.
ich bitte dich darum, mich sachlich zu berichtigen, sollte ich was falsch verstanden haben, denn ich habe das vom fragesteller das erste mal gehört.
