Schallwellen, Dezibel und das lauteste je aufgezeichnete Geräusch

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Lernziele

v = f·λ für Schall anwenden.
v = 331·√(T/273 K) für die Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit in Luft nutzen.
Die logarithmische Dezibelskala erklären und damit rechnen.
Die Schallgeschwindigkeit messen und die Methode bewerten.
Historische Daten (Krakatau 1883) kritisch deuten.

Stundenverlauf

Zeit	Aktivität
5 Min.	Einstieg: Warum sehen wir den Blitz, bevor wir den Donner hören?
10 Min.	Den Text lesen und je ein Beispiel zur Wellengleichung und zu Dezibel durchrechnen.
25 Min.	Echoversuch draußen (oder als Demonstration), drei Durchgänge.
5 Min.	v berechnen und mit der Formel für die heutige Temperatur vergleichen.
5 Min.	Quiz oder das Spiel „Dezibel-Leiter“ als Hausaufgabe.

Material für den Versuch

Eine große, ebene Wand (ein Schulgebäude) mit freier Fläche davor
Ein Maßband oder ein Messrad
Zwei Holzklötze zum Zusammenschlagen
Eine Stoppuhr (oder ein Handy)

Sicherheit: Wähle einen Ort abseits vom Verkehr. Halte die Finger von den Klötzen fern. Keine Startpistolen oder etwas Explosives verwenden.

Häufige Fehlvorstellungen

Schülerinnen und Schüler denken vielleicht…	Tatsächlich…
Doppelt so viele Dezibel bedeuten doppelte Lautstärke.	Die Skala ist logarithmisch: +10 dB bedeuten die 10-fache Intensität.
Schall ist in Luft schneller als in Wasser, weil Wasser „dicker“ ist.	In Wasser ist er etwa viermal so schnell (1480 gegenüber 343 m/s).
Im Weltraum ist es still, weil es dort kalt ist.	Es ist still, weil der Weltraum (fast) ein Vakuum ohne Medium ist.

Lösungen zum Arbeitsblatt

v = f·λ. 20 Hz: λ = 343/20 ≈ 17 m. 20.000 Hz: λ = 343/20.000 ≈ 1,7 cm.
T = 308 K: v = 331·√(308/273) ≈ 351,6 m/s, also etwa 352 m/s.
+20 dB = 10² = 100-fache Intensität.
Erwartet 320–360 m/s. Fehler: Reaktionszeit und Rhythmus (20 Schläge stoppen, wiederholen), Messung von d, Wind, Echos von anderen Gebäuden.

Lösungen zum Quiz

Ein Ton hat in Luft bei 20 °C (343 m/s) die Frequenz 686 Hz. Seine Wellenlänge ist… 0,5 m. λ = v / f = 343 / 686 = 0,5 m.[2]
Wie viel intensiver ist ein Geräusch mit 90 dB als eines mit 60 dB? 1000-mal. +30 dB = 10³-fache Intensität.[3]
Mit v = 331·√(T/273 K) beträgt die Schallgeschwindigkeit bei 0 °C etwa… 331 m/s. Bei T = 273 K ist die Wurzel gleich 1.[2]
Warum kann Schall den Raum zwischen Erde und Mond nicht durchqueren? Er ist praktisch ein Vakuum: kein Medium für eine Druckwelle. Eine Druckwelle braucht Materie, die sich verdichten lässt.[5]
Bei welchem Pegel liegt laut der OpenStax-Tabelle die Schmerzschwelle? 120 dB. Lautes Rockkonzert: 120 dB, Schmerzschwelle.[3]
Die Druckwelle des Krakatau wurde weltweit von Barometern aufgezeichnet. Sie lief um die Erde… drei- bis viermal in jeder Richtung. Städte zeichneten über mehrere Tage bis zu sieben Druckspitzen auf.[4]

Weiterführend

Ein Blitz, dann 6 s später der Donner: Wie weit entfernt war der Einschlag? Schätze dann, wie lange der Schall des Krakatau bei 343 m/s bis nach Rodrigues brauchte, 4.800 km entfernt.

Quellen dieser Lektion

[1] College Physics 2e, 17.1 Sound (OpenStax, Rice University): Zuverlässigkeit Hoch
[2] College Physics 2e, 17.2 Speed of Sound, Frequency, and Wavelength (OpenStax, Rice University): Zuverlässigkeit Hoch
[3] College Physics 2e AP, 17.3 Sound Intensity and Sound Level (OpenStax, Rice University): Zuverlässigkeit Hoch
[4] The Sound So Loud That It Circled the Earth Four Times (Nautilus (science magazine)): Zuverlässigkeit Eher hoch
[5] Data Sonifications (NASA Science): Zuverlässigkeit Hoch

Vollständige Liste mit Links und einer Einschätzung der Zuverlässigkeit jeder Quelle: echoesof.science/school/de/sound/sources/

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