Physik: Akustik - zwei Experimente für den Schulunterricht

Physik zum Anhören

Mit einfachen Mitteln können Sie Schwingungen und somit Töne erzeugen. Als eines der beliebtesten Experimente der Akustik gilt hierbei die Wassermusik.

1. Stellen Sie mehrere Trinkgläser, Glasflaschen oder Weinkaraffen nebeneinander auf einen Schreib- oder Küchentisch.
2. Beginnen Sie mit dem ersten Glas, in dieses geben Sie etwa 50 ml. Steigern Sie die Menge des Wassers um jeweils das Doppelte mit jedem weiteren Glas.
3. Nehmen Sie nun einen Holz- oder Teelöffel und schlagen die Gläser nacheinander an. Sie hören jetzt eine Tonleiter. Alternativ könnten Sie auch schräg am Rand hineinpusten.
4. Ganz ähnlich funktioniert dieses Experiment: Verwenden Sie zwei gleiche Weingläser, zunächst bleiben diese leer. Feuchten Sie Ihren Finger an und fahren damit über den Rand. Wie verändert sich der Ton, wenn Sie nun den Fuß festhalten oder Wasser hineinfüllen?

Akustik am Beispiel erklärt

• Wenn Sie das Glas mit dem Löffel berühren, versetzen Sie es in Schwingung. Diese Schwingung ist abhängig von der Eigenfrequenz des Glases, diese hängt etwa von der Wandstärke und der Größe des Glases ab, aber auch von der Art, wie es geformt ist.
• Die Schwingung setzt sich im Raum fort und Sie hören einen Ton in einer bestimmten Tonhöhe (Frequenz). Die Tonhöhe verändert sich mit der Wassermenge im Glas. Die Erklärung: Je weniger Wasser im Glas ist, desto mehr Luft ist vorhanden. Diese hat mehr Gelegenheit zu vibrieren, wenn nur wenig Wasser im Glas ist. Viel Wasser = tiefer Ton, wenig Wasser = hoher Ton. Je größer die Frequenz, desto höher ist der Ton.
• Ein Ton wird aber auch durch die Amplitude charakterisiert, diese bestimmt die Lautstärke. Die Amplitude wird durch die Schwingungsbewegung erzeugt, die mit einem Pendel zu vergleichen ist. Je stärker die Schwingungsbewegung ausfällt, desto lauter wird der Ton vom Ohr wahrgenommen. Das menschliche Ohr kann jedoch nur bestimmte Frequenzbereiche wahrnehmen.

Akustik ohne Physik-Unterricht erlebbar machen

1. Das folgende Physik-Experiment führen Sie am besten gemeinsam mit einem Freund aus. Verwenden Sie eine feste Kartonscheibe oder den Plastikdeckel einer Chipsdose. Machen Sie mit einer Lochzange zwei Löcher mittig in die Scheibe.
2. Fädeln Sie ein festes Garn durch die beiden Löcher und verknoten den Faden. 
3. Nehmen Sie beide Enden der Schnur in die Hand, Ihr Freund nimmt die beiden anderen Enden in die Hand. Verzwirbeln Sie die Schnur. Anschließend ziehen Sie beide an den Schnurenden, sodass sich die Scheibe dreht. 
4. Wenn Sie gut hinhören, werden Sie beim Abwickeln des Garns einen Ton vernehmen. Sie haben die Luft in Schwingungen versetzt. Mit diesem Physik-Experiment können Sie die Entstehung des Schalls deutlich machen.

Auch wenn Sie ein klassisches Musikinstrument wie Klavier oder Gitarre spielen, können Sie die Grundlagen der Akustik hautnah miterleben.