Dieser Artikel erklärt, was Schallwellen (oder Schallwellen) in der Physik sind. So finden Sie die Eigenschaften von Schallwellen, Beispiele für Körper, die Schallwellen erzeugen und die Faktoren, die die Geschwindigkeit einer Schallwelle beeinflussen.
Was ist eine Schallwelle?
Eine Schallwelle (oder Schallwelle ) ist eine Longitudinalwelle , die aus der Schwingung einer Schallquelle entsteht. Schallwellen sind also jene Wellen, die unser Hörsystem aufnimmt und die wir „Schall“ nennen.
Schallwellen sind dreidimensionale Wellen, die sich durch ein elastisches Medium ausbreiten. Schallwellen sind daher auch mechanische Wellen , denn sie benötigen ein Medium, das ihre Störung überträgt.
Eine Schallwelle breitet sich aus, indem sie in derselben Richtung schwingt, in der sie sich ausbreitet. Dadurch entstehen Kompressionszonen, in denen die Moleküle näher beieinander liegen und der Druck höher ist, und Expansionszonen, in denen die Moleküle getrennt sind und der Druck niedriger ist. Kurz gesagt, eine Schallwelle breitet sich aus und erzeugt Veränderungen in der Moleküldichte und im Druck.
Teile einer Schallwelle
Die Teile von Schallwellen (oder Schallwellen) sind:
- Dehnung (y) : ist der Abstand zwischen der Position der Welle und ihrer Gleichgewichtsposition.
- Amplitude (A) : ist der Abstand zwischen der maximalen Streckung und ihrer Gleichgewichtsposition.
- Zyklus oder Schwingung : Es ist der Weg der Welle von einem Punkt zum nächsten äquivalenten Punkt.
- Wellenlänge (λ) : ist der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden äquivalenten Punkten auf der Welle.
- Periode (T) : ist die Zeit, die die Welle benötigt, um eine vollständige Schwingung auszuführen.
- Frequenz (f) : ist die Anzahl der Schwingungen oder Vibrationen, die die Welle pro Zeiteinheit erzeugt.
- Winkelfrequenz oder Pulsation (ω) : Dies ist die Geschwindigkeit, mit der die Welle Schwingungen ausführt.
- Ausbreitungsgeschwindigkeit (v) : ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Welle ausbreitet.
Beispiele für Schallwellen
Nachdem wir die Definition einer Schallwelle kennengelernt haben, finden Sie hier einige Beispiele dieser Wellentypen, um das Konzept vollständig zu verinnerlichen.
Beispiele für Schallwellen:
- Die von den Stimmbändern ausgesendeten Wellen sind Schallwellen.
- Die von den Saiten einer Gitarre erzeugten Wellen sind Schallwellen.
- Eine Stimmgabel erzeugt Schallwellen.
- Auch die Wellen, die aus einem Lautsprecher kommen, sind Schallwellen.
Eigenschaften einer Schallwelle
Die Eigenschaften einer Schallwelle (oder Schallwelle) sind:
- Die Intensität der Schallwelle.
- Die Höhe der Schallwelle.
- Die Klangfarbe der Schallwelle.
Die einzelnen Eigenschaften von Schallwellen werden im Folgenden ausführlich erläutert.
Intensität einer Schallwelle
In der Praxis assoziieren wir die Intensität einer Schallwelle mit der Lautstärke des wahrgenommenen Schalls. In der Physik bezieht sich die Intensität einer Schallwelle jedoch auf die von der Welle transportierte Energiemenge.
Je größer also die pro Zeiteinheit transportierte Energiemenge ist, desto größer ist die Intensität der Schallwelle. Ebenso gilt: Je intensiver eine Welle ist, desto größer ist ihre Amplitude.
Im Internationalen System (SI) wird die Intensität einer Schallwelle in Watt geteilt durch Quadratmeter (W/m 2 ) ausgedrückt. Üblicher ist es jedoch, die Intensität von Schallwellen in Bel (B) oder Dezibel (dB) zu messen.
Der Wert der menschlichen Hörschwelle, also der niedrigsten Intensität, die unser Hörsystem erfassen kann, liegt zwischen 0 dB und 25 dB.
Höhe einer Schallwelle
Die Tonhöhe einer Schallwelle bezieht sich auf die Frequenz der Welle. So entsprechen hohe Töne hochfrequenten Schallwellen, während tiefe Töne niederfrequente Schallwellen sind.
Der Mensch kann Schallwellen zwischen 20 Hz und 20.000 Hz verstehen. Tatsächlich werden diese Grenzen zur Definition von Infraschall und Ultraschall verwendet.
- Infraschall : Schallwelle, deren Frequenz weniger als 20 Hz beträgt.
- Ultraschall : Schallwelle mit einer Frequenz über 20.000 Hz.
Klingende Schallwelle
Abhängig von den Eigenschaften der Schallwellenquelle ist die Klangfarbe der Schallwelle unterschiedlich. Diese Eigenschaft ermöglicht es, zwei Schallwellen zu unterscheiden, die die gleiche Frequenz und Intensität haben.
Die Variation in der Klangfarbe von Schallwellen ist bei Musikinstrumenten deutlich sichtbar. Beispielsweise unterscheidet sich die Klangfarbe der von einer Gitarre erzeugten Schallwellen von der der Schallwellen einer Stimmgabel oder einer Geige.
Die Klangfarbe einer Schallwelle hängt vom Körper ab, der die Wellen aussendet, also von der Form, Größe, dem Material usw. des Körpers wird die Klangfarbe der erzeugten Schallwelle unterschiedlich sein.
Geschwindigkeit einer Schallwelle
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Schallwelle ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Welle ausbreitet. Je höher also die Geschwindigkeit einer Schallwelle ist, desto schneller breitet sie sich vom Sender zum Empfänger aus.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Schallwelle hängt von vier Hauptfaktoren ab:
- Dichte des Mediums : Schallwellen breiten sich in Umgebungen mit höherer Dichte schneller aus.
- Elastizität des Mediums : Je elastischer das Material oder Medium, das von der Schallwelle durchquert wird, desto geringer ist ihre Geschwindigkeit.
- Kompressibilität des Mediums – Je größer die Kompressibilität des Mediums, desto langsamer breitet sich die Schallwelle aus.
- Temperatur des Mediums : Die Temperatur ist direkt proportional zur Ausbreitung der Schallwelle. Je höher die Temperatur, desto schneller breitet sich die Welle aus.
Nachfolgend hinterlassen wir Ihnen eine Tabelle mit dem Wert der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Schallwelle in Abhängigkeit vom Medium, in dem sie sich ausbreitet:
| Halb | Ausbreitungsgeschwindigkeit (m/s) |
|---|---|
| Gummi | 54 |
| Führen | 1320 |
| Kupfer | 3560 |
| Wasser | 1490 |
| Meerwasser | 1530 |
| Sauerstoff | 317 |
| Luft | 343 |