Schülerexperimentierwoche: Hinkommen, hinhören, Held sein!

Physikalische Experimente zum Thema Akustik


Hausarbeit, 2011

12 Seiten, Note: 1,3


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Nulla vita sine musica - Akustik

2. Experimentierstationen
2.1. Station 1 - Magie im Wasserglas
2.2. Station 2 - Die magische Saite
2.3. Station 3 - Die Wette
2.4. Station 4 - Die Männer von der Sicherheitsfirm
2.5. Station 5 - Im Rausch der Geschwindigkeiten
2.6. Station 6 - Lärmende Stille
2.7. Station 7 - Singende Gläser und Flaschen

3. Res servera verum gaudium

1.) Nulla vita sine musica - Akustik

Jeder Schüler1 hört Musik, viele spielen ein Musikinstrument und doch wissen die meisten nicht, wie Töne entstehen. Unter dem Motto „ Hinkommen, hinhören, Held sein “ wurden deshalb während der Schülerexperimentierwoche auch physikalische Experimente zum Thema Akustik durchgeführt. Die Schüler sollten erkennen und lernen, wie Schall überhaupt entsteht und wie er sich fortbewegt, was die Basis eines jeden Tones ist und wie Lärm gemessen werden kann.

Es wurde sehr viel Wert darauf gelegt, dass die Schüler selbstständig und möglichst frei experimentieren konnten. Durch eine Vielzahl von Experimenten, welche in einzelnen Stationen aufgebaut waren, hatten die Schüler mehrere Gelegenheiten, sich auszuprobieren und der Physik auf die Spur zu kommen. Eine feste Reihenfolge war dabei keineswegs vorgeschrieben. Jede dieser Stationen wurde mit einer selbstverfassten Kurzgeschichte ausstatuiert, welche den Schwerpunkt des Experimentes schildern sollte. Der Protagonist Holger Hörlos begleitete die Schüler durch jede der Stationen und diente somit auch als Roter Faden. Zu jeder Geschichte wurde eine Frage gestellt, die es durch experimentieren zu lösen galt. Drei mögliche Antworten sollten die Schüler dabei unterstützen. Die Motivation alle Experimente gewissenhaft zu erledigen, wurde erreicht durch ein Wortspiel. Die Antworten jeder Station besaßen je einen Buchstaben. Die Buchstaben der richtigen Antworten ergaben in der korrekten Reihenfolge das Lösungswort Hoersturz und die Buchstaben der sogenannten Non-sense-Antworten ergaben das Lösungswort Legendaer. Die Wahl dieser Wörter war vollkommen willkürlich.

Die Ausarbeitung eines zusammenfassenden Arbeitsblattes wurde von vornherein abgelehnt. Die Gründe dafür sind trivial: die Schüler sollten zum einen nicht den Eindruck erhalten, dass sie in der Schule sind und zum anderen wurde der Fokus auf das Praktische gelegt und nicht auf die Theorie. Das soll heißen, dass die Schüler mehr Zeit mit experimentieren und diskutieren verbringen sollten, als mit schreiben. Das Phänomen der Natur, welches hier durch das physikalische Experiment verdeutlicht wird, braucht nicht unbedingt durch lange Schreibarbeit den Charakter von Langeweile und Zwang aufgesetzt bekommen. Das wäre durchaus nicht zielführend gewesen.

2.) Experimentierstationen

2.1. Station 1 - Magie im Wasserglas

Bei diesem Experiment handelt es sich um eine mit Wasser gefüllte Wanne. Das Wasser soll mit Hilfe einer c-Stimmgabel (f = 128 Hz) zum heftigen Spritzen angeregt werden. Durch starkes Anschlagen der Stimmgabel mit einem kleinen Gummihammer erreicht man eine entsprechend starke Schwingung der Gabel. Taucht man diese nun schnell in die Wasseroberfläche ein, so spritzt das kühle Nass wie gefordert in alle Richtungen. Wie schon erwähnt, wird die Stimmgabel in Schwingung versetzt indem sie angeschlagen wird. Je mehr Kraft man dafür aufwendet, desto stärker schwingt die Stimmgabel. Dass selbige schwingt, spürt man durch die Vibration in der Hand. Außerdem hört man sehr deutlich einen Ton; in diesem Fall den Ton c. Wird die Stimmgabel in das Wasser eingetaucht überträgt sich die schwingende Bewegung der Gabel auf das Wasser, welches in der Folge ebenfalls schwingt. Bei leichtem Anschlagen sieht man an der Wasseroberfläche sehr deutlich Wasserwellen, welche sich von der Stimmgabel kreisförmig in alle Richtungen wegbewegen. Schwingt die Stimmgabel sehr stark, wird mehr Energie auf das Wasser übertragen und vereinzelte Tropfen spritzen an die Glaswand der Wanne. Außerdem stellt man beim Eintauchen ins Wasser fest, dass der Ton fast schlagartig verstummt. Die Ursache dafür liegt in der Dämpfung der Schwingung der Stimmgabel. Diese Dämpfung würde die Stimmgabel zwar auch an der Luft erfahren, jedoch wird der Effekt im Medium Wasser verstärkt.

Die Schüler sollen bei diesem Experiment grundlegende Erkenntnisse gewinnen. Eine Stimmgabel sendet, wenn man sie anschlägt und somit in Schwingung versetzt, einen hörbaren Ton aus. Das legt nahe, dass der Ton seine Ursache in der Schwingung der Stimmgabel hat. Denn, wenn diese ruht, hört man auch nichts. Desweiteren lernen die Schüler eine Variante kennen, diese Schwingungen zu visualisieren: nämlich in Wasser. Wasserwellen sind ein geläufiges Alltagsphänomen und dienen somit als ideale Grundlange, der Ursache des Tons einen Wellencharakter zuzuschreiben. Hier führt man die Schüler zum Begriff der Schallwellen und gibt der Sache einen Namen.

Die Schüler zeigten sich zunächst sehr schüchtern bei der Durchführung dieses Experimentes. Alle schlugen zu sanft an die Stimmgabel, so dass der gewünschte Effekt ausblieb. Erst, als man sie ermunterte, aus sich herauszubrechen und mit viel Kraft die Stimmgabel anzuschlagen, waren viele erstaunt und beeindruckt von dem Experiment.

2.2. Station 2 - Die magische Saite

Ziel dieses Experimentes ist es, anhand zweier Stimmgabeln herauszufinden, warum Gitarrensaiten bei bestimmten Tönen schwingen, ohne dass diese angeschlagen werden. Zwei a1-Stimmgabeln (f = 440 Hz) werden hierfür nebeneinander aufgestellt. Schlägt man eine an, so schwingt diese. Das ist vor allem durch den entstehenden Ton deutlich zu hören. Die Schallwellen werden durch die Luft übertragen und regen die zweite Stimmgabel, welche dieselbe Frequenz aufweist, wie die erste, an. Die Stimmgabel beginnt ebenfalls, wenn auch nur leicht, zu schwingen. Da jede schwingende Stimmgabel einen Ton von sich gibt, ist die rein akustische Überprüfung sinnvoll. Ein leichtes Berühren der Stimmgabel, um die minimale Schwingung zu spüren, verfälscht das Ergebnis, da die Schwingung gedämpft wird. Dieses Phänomen hat seine Ursache in der Resonanz. Die Schallwellen der A1-Stimmgabel können nur Systeme anregen, welche dieselbe Eigenfrequenz, also f = 440 Hz, aufweisen und so periodisch im richtigen Takt mitschwingen. Im Laufe der Schülerexperimentierwoche ist die Station um eine c- Stimmgabel (f = 128 Hz) erweitert worden. Das war notwendig, um auch den negativen Effekt zu zeigen. Schlägt man eine a1-Stimmgabel an, so schwingt die c-Stimmgabel nicht mit. Eine kleine a1-Stimmgabel unterstützte die Theorie dahingehend, dass die Form und Gestalt nichts mit der Resonanz zu tun haben, sonder lediglich die Eigenfrequenzen der Stimmgabeln.

Den Schülern soll hier der Begriff der Resonanz näher gebracht werden. Schallwellen breiten sich in Luft aus und können andere Objekte in Schwingung versetzen, sofern die Eigenfrequenzen übereinstimmen. Den meisten Schülern ist das Bild der Soubrette geläufig, die es schafft durch ihren Gesang, ein Glas zerspringen zu lassen. Außerdem war zu erkennen, dass bei wachsender Entfernung zur Schallquelle die Lautstärke des Tones abnimmt. Die 9. bzw. 10. Klassen können in diesem Zusammenhang mit gedämpfter Schwingung konfrontiert werden.

Für die Schüler war dieses Experiment eine Herausforderung. Viele verstanden zwar den Inhalt der Geschichte, konnten aber das Phänomen nicht auf die Stimmgabeln reduzieren. Es war hier verstärkt notwendig, Hilfestellungen zu geben, um den Experimentierablauf zu sichern. Bei der Durchführung verließen sich viele auf ihre feinmotorischen Fähigkeiten und berührten die zweite Stimmgabel zur Überprüfung so sanft wie möglich mit den Fingerspitzen. Bis auf ein paar Ausnahmen kam kein Schüler von sich auf die Idee, zu hören, ob die Stimmgabel mitschwingt. Auch hier war es notwendig, die Schüler zu ermutigen, statt Tastsinn und Auge, das Gehör zu nutzen.

[...]


1 Die maskuline Form schließt die feminine Bezeichnung aus Gründen des flüssigeren Lesens mit ein und soll nicht diskriminierend wirken.

Ende der Leseprobe aus 12 Seiten

Details

Titel
Schülerexperimentierwoche: Hinkommen, hinhören, Held sein!
Untertitel
Physikalische Experimente zum Thema Akustik
Hochschule
Technische Universität Dresden
Note
1,3
Autor
Jahr
2011
Seiten
12
Katalognummer
V202226
ISBN (eBook)
9783656283850
ISBN (Buch)
9783656284130
Dateigröße
538 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
schülerexperimentierwoche, hinkommen, held, experimente, thema, akustik
Arbeit zitieren
Felix Eibenstein (Autor), 2011, Schülerexperimentierwoche: Hinkommen, hinhören, Held sein! , München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/202226

Kommentare

  • Noch keine Kommentare.
Im eBook lesen
Titel: Schülerexperimentierwoche: Hinkommen, hinhören, Held sein!



Ihre Arbeit hochladen

Ihre Hausarbeit / Abschlussarbeit:

- Publikation als eBook und Buch
- Hohes Honorar auf die Verkäufe
- Für Sie komplett kostenlos – mit ISBN
- Es dauert nur 5 Minuten
- Jede Arbeit findet Leser

Kostenlos Autor werden