DokuWiki

User Tools

Site Tools

Trace:
sal_-_arbeitsversion

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

Link to this comparison view

Both sides previous revisionPrevious revision
Next revision		Previous revision
sal_-_arbeitsversion [2009/03/30 14:28] – tomsal_-_arbeitsversion [2010/11/05 11:20] (current) – Metalle benannt in Aufgabenstellung risch
Line 6: Line 6:
 ===== SAL - Versuchsanleitung ===== ===== SAL - Versuchsanleitung =====
  
-[[Änderungen und Bemerkungenk]] 
  
  <texit info>  <texit info>
Line 13: Line 12:
 </texit> </texit>
  
- +^SAL | Schallwellen|
-^SAL | Schallwellen|  +
  
 ===== 0 Einleitung ===== ===== 0 Einleitung =====
  
-XXX 
-//Das Sehen ist die womöglich leistungsfähigste, komplexeste und auch eindruckvollste unserer Sinneswahrnehmungen, die ein unmittelbares Erkennen und Verstehen von Situationen, Sachzusammenhängen und Umständen möglich macht. ''Ein Bild sagt mehr als tausend Worte'', sagt eine chinesische Spruchweisheit, was auch in Wortzusammenhängen wie  "anschaulich"  und  "sich ein Bild von der Sache machen"  zum Ausdruck kommt.// 
  
-//Unter einem klassischen, optischen Bild versteht man eine in eine Ebene projizierte Darstellung eines Gegenstandes durch ein optisches System, die die geo-metrische Struktur und das farbliche Aussehen des Gegenstandes wiedergibt. In den modernen Wissenschaften werden die Begriffe Bild und Bildgewinnung darüber hinaus für alle Methoden verwandt, mit denen Naturerscheinungen für das Auge erfassbar gemacht werden. Sei es, dass die zu beobachtenden Strukturen sehr klein und Licht zum ''Abtasten'' zu grob ist, so dass die Strukturen im Licht kein klassisches Bild mehr erzeugen und auch kein klassisches ''Aussehen'' mehr besitzen (''Ultramikroskope'', wie Elektronenmikroskop, Tunnel-Mikroskop), oder dass die Untersuchungsgegenstände optisch unzugänglich sind (Bildgewinnung aus Organismen). // 
  
-//Strukturen von Gegenständen kleiner als etwa 0.02 mm können vom menschlichen Auge nicht mehr erkannt werden. Zur vergrößernden Betrachtung solcher Gegenstände wird als optisches Instrument eine Lupe oder ein Mikroskop eingesetzt. In beiden Fällen wird auf der Netzhaut (Retina) des Auges ein gegenüber der Betrachtung ohne Instrument vergrößertes Bild erzeugt. Mikroskope werden im medizinischen Labor zur Darstellung kleiner Strukturen wie Zellen oder Zellorganellen, zur Untersuchung ihrer physiologischen Funktion oder pathologischen Veränderungen benutzt. Auch Bakterien als bestimmte Krankheitserreger können noch mit Hilfe eines Lichtmikroskops identifiziert werden. Um bestimmte Strukturen sehen zu können, werden in der Regel bestimmte Färbemethoden verwendet. Strukturen kleiner als etwa 300 nm und damit kleiner als etwa eine halbe Wellenlänge des beleuchtenden Lichts können lichtmikroskopisch nicht mehr aufgelöst werden. // +XXX
- +
-//Für die Sichtbarmachung noch kleinerer Strukturen wie beispielsweise Viren dient das Elektronenmikroskop. // +
- +
-//Trotz aller modernen Entwicklungen gehört das klassische Licht-Mikroskop weiterhin zu den wichtigen und elementaren Arbeitsgeräten der Naturwissenschaften und besonders der Biowissenschaften zur Herstellung von Bildern ''kleiner'' Objekte und ''feiner'' Strukturen. Der vorliegende Versuch soll die grundsätzliche Funktionsweise des Mikroskops und die durch Beugungserscheinungen bedingte Begrenzung des Auflösungsvermögens und der Vergrößerungsmöglichkeiten mit Licht vermitteln.//+
  
 ===== 1 Aufgaben ===== ===== 1 Aufgaben =====
Line 39: Line 30:
  
 == 3. Schallausbreitung in Metallen: == == 3. Schallausbreitung in Metallen: ==
-Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Metallen aus der Laufzeit bzw. der Grundschwingungsfrequenz für zwei verschiedene Einspannungen des Stabes. Berechnung des Elastizitätsmoduls des Metalls.+Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Metallen aus der Laufzeit bzw. der Grundschwingungsfrequenz für zwei verschiedene Einspannungen der Stäbe (Messing und Stahl). Berechnung des Elastizitätsmoduls der Metalle.
  
 ===== 2 Physikalische Grundlagen ===== ===== 2 Physikalische Grundlagen =====
  
-XXX +(Zur Vorbereitung als Teil des Berichts): Kurze Darstellung der Schallausbreitung in Gasen. Berechnung der Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit. Diskussion stehender Wellen und Resonanzen in begrenzten Medien bei unterschiedlichen Randbedingungen (Luftsäulen, unterschiedlich eingespannte Stäbe).
-Voraussetzungen für das Verständnis der Versuchsdurchführung sind gute Kenntnisse über die Abbildungseigenschaften dünner Linsen (Brechung durch Linsen und Brennpunktseigenschaft: Definition von Brennpunkt und Brennweite; Abbildungen: Konstruktion von Abbildungen, reelle und virtuelle Bilder, Abbildungsgleichung, Vergrößerung und Verkleinerung, Abbildungsmaßstab) (Demtröder: Experimentalphysik 2, Springer-Verlag).+
  
 ==== 2.1 Schallwellen und Ausbreitungsgeschwindigkeit ==== ==== 2.1 Schallwellen und Ausbreitungsgeschwindigkeit ====
Line 50: Line 40:
  
 In ausgedehnten, elastischen Medien führt eine zunächst lokale Erregung ("Störung", Auslenkung aus der Ruhelage, Druckschwankung) über die elastischen Kräfte zu einer Beeinflussung benachbarter Volumenelemente. So entsteht aus der Anregung eine Welle, die sich räumlich ausbreitet (Schallwelle). Die Ausbreitungsgeschwindigkeit c (Phasen­geschwindigkeit, Schallgeschwindigkeit) wird dabei bestimmt durch die Rückstellkräfte (Rückstellkonstante D) und durch die Trägheit der zu beschleunigenden Masse (Dichte <m>rho</m>). In ausgedehnten, elastischen Medien führt eine zunächst lokale Erregung ("Störung", Auslenkung aus der Ruhelage, Druckschwankung) über die elastischen Kräfte zu einer Beeinflussung benachbarter Volumenelemente. So entsteht aus der Anregung eine Welle, die sich räumlich ausbreitet (Schallwelle). Die Ausbreitungsgeschwindigkeit c (Phasen­geschwindigkeit, Schallgeschwindigkeit) wird dabei bestimmt durch die Rückstellkräfte (Rückstellkonstante D) und durch die Trägheit der zu beschleunigenden Masse (Dichte <m>rho</m>).
- 
  
 <m> <m>
-(1)  c=sqrt{D/rho} +(1) c=sqrt{D/rho}
 </m> </m>
  
Line 62: Line 51:
  
 <m> <m>
-(2)  pV^{kappa} = const +(2) pV^{kappa} = const
 </m> </m>
  
Line 68: Line 57:
  
 <m> <m>
-(3)  K = V dp/dV = - kappa rho +(3) K = V dp/dV = - kappa rho
 </m> </m>
 wobei <m>kappa</m> das Verhältnis der spezifischen Wärmen cp/cV ist (Isentropenindex oder Adiabatenkoeffizient). Als Schallgeschwindigkeit erhält man damit: wobei <m>kappa</m> das Verhältnis der spezifischen Wärmen cp/cV ist (Isentropenindex oder Adiabatenkoeffizient). Als Schallgeschwindigkeit erhält man damit:
  
 <m> <m>
-(4)  c = sqrt{kappa p/rho} = c(T) +(4) c = sqrt{kappa p/rho} = c(T)
 </m> </m>
 Die Schallgeschwindigkeit ist unabhängig vom Druck, da Trägheits- und Rückstellgröße (Dichte und Kompressibilität) in gleicher Weise vom Druck abhängen. Sie ist aber temperaturabhängig wegen der zusätzlichen Temperaturabhängigkeit der Dichte. Die Schallgeschwindigkeit ist unabhängig vom Druck, da Trägheits- und Rückstellgröße (Dichte und Kompressibilität) in gleicher Weise vom Druck abhängen. Sie ist aber temperaturabhängig wegen der zusätzlichen Temperaturabhängigkeit der Dichte.
Line 83: Line 72:
  
 <m> <m>
-(5a)  l = (n - 1/2) lambda/2 +(5a) l = (n - 1/2) lambda/2
 </m> </m>
  
Line 89: Line 78:
  
 <m> <m>
-(5b)  l = n  lambda/2 +(5b) l = n  lambda/2
 </m> </m>
  
Line 95: Line 84:
  
 <m> <m>
-(6)  c = lambda ny +(6) c = lambda nu
 </m> </m>
  
Line 102: Line 91:
  
  
-XXX 
-{{:mik-1-v1.jpg|Abb.1}} 
  
-//Abb. 1: Zur Definition des Sehwinkels// <m>varepsilon</m>.    
  
  
-===== 3 Darstellung der physikalischen Grundlagen ===== 
  
-(Zur Vorbereitung als Teil des Berichts): Kurze Darstellung der Schallausbreitung in Gasen. Berechnung der Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit. Diskussion stehender Wellen und Resonanzen in begrenzten Medien bei unterschiedlichen Randbedingungen (Luftsäulen, unterschiedlich eingespannte Stäbe). 
  
  
-===== 4 Versuchsdurchführung =====+===== 3 Versuchsdurchführung =====
  
-==== 4.1 Apparatur und Geräte ====+==== 3.1 Apparatur und Geräte ====
  
 Zwei Mikrofone; Schallerzeuger (Patsche). Metallmaßstab. Zwei Mikrofone; Schallerzeuger (Patsche). Metallmaßstab.
Line 123: Line 107:
  
    
-==== 4.2 Laufzeitmessung ====+==== 3.2 Laufzeitmessung ==== 
 + 
 + 
 +{{:gp1_sal_skizze_aufgabe1.jpg|Abb.1}} 
 + 
 + 
 +//Abb. 1: Skizze des Versuchsaufbause der Laufzeitmessung.// 
  
  
 Zwei Mikrofone werden in definiertem Abstand aufgestellt, und die Ausgangssignale eines Schallimpulses (Knall) mit einem Zweikanal-Transientenrekorder parallel aufgenommen. Der gemessene Zeitunterschied ist dann gleich dem Laufzeitunterschied des Schallsignals von der Quelle. Bei den Messungen ist auf eine „richtige Geometrie“ des Aufbaus zu achten. Variieren Sie den Abstand der Mikrofone. Zwei Mikrofone werden in definiertem Abstand aufgestellt, und die Ausgangssignale eines Schallimpulses (Knall) mit einem Zweikanal-Transientenrekorder parallel aufgenommen. Der gemessene Zeitunterschied ist dann gleich dem Laufzeitunterschied des Schallsignals von der Quelle. Bei den Messungen ist auf eine „richtige Geometrie“ des Aufbaus zu achten. Variieren Sie den Abstand der Mikrofone.
  
-//Abb. 6: Aufbau zur Bestimmung der Vergrößerung.//  
  
-==== 4.3 Resonanz einer Luftsäule ====+==== 3.3 Resonanz einer Luftsäule ==== 
 + 
 + 
 +{{:gp1_sal_skizze_aufgabe2.jpg|Abb.1}} 
 + 
 + 
 +//Abb. 2: Skizze des Versuchsaufbause der Resonanzmessung einer Luftsäule.//    
  
 Mit einem Funktionsgenerator und einem Lautsprecher werden in dem Resonanzrohr (mit und ohne Abschlußdeckel) stehende Schallwellen angeregt und mit einem Mikrofon nachgewiesen. Die Mikrofon-Ausgangsspannung kann mit einem Multimeter gemessen werden. Mit einem Funktionsgenerator und einem Lautsprecher werden in dem Resonanzrohr (mit und ohne Abschlußdeckel) stehende Schallwellen angeregt und mit einem Mikrofon nachgewiesen. Die Mikrofon-Ausgangsspannung kann mit einem Multimeter gemessen werden.
Line 137: Line 133:
 Zur Berechnung der Schallgeschwindigkeit nach (3) muß die Temperaturabhängigkeit berücksichtigt werden, wobei Luft in guter Näherung als ideales Gas betrachtet werden kann. Die Temperatur kann im Versuchsraum gemessen werden. Zur Berechnung der Schallgeschwindigkeit nach (3) muß die Temperaturabhängigkeit berücksichtigt werden, wobei Luft in guter Näherung als ideales Gas betrachtet werden kann. Die Temperatur kann im Versuchsraum gemessen werden.
  
-==== 4.4 Schallausbreitung in Metallen ====+==== 3.4 Schallausbreitung in Metallen ==== 
 + 
 +{{:gp1_sal_skizze_aufgabe3.jpg|Abb.1}} 
 + 
 +//Abb. 3: Skizze des Versuchsaufbause zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Metallen.// 
  
 Die Experimente und Messungen werden zunächst an dem mittig eingespannten Stab durchgeführt. Mit einem sehr dicht vor die Stirnseite des Stabes gestellten Mikrofon kann die Auslenkung des Stabendes nach Anregung durch Anschlagen mit einem kleinen Hammer registriert werden. Beobachten Sie die zeitliche Veränderung der Schwingungs­formen durch Start der Messung (Transientenrekorder) zu verschiedenen Zeiten. Wie verändern sich die Schwingungsformen nach dem Anschlagen? Wann tritt die Grund­schwingung deutlich hervor? Drucken Sie charakteristische Diagramme für die Grenzfälle aus. Die Experimente und Messungen werden zunächst an dem mittig eingespannten Stab durchgeführt. Mit einem sehr dicht vor die Stirnseite des Stabes gestellten Mikrofon kann die Auslenkung des Stabendes nach Anregung durch Anschlagen mit einem kleinen Hammer registriert werden. Beobachten Sie die zeitliche Veränderung der Schwingungs­formen durch Start der Messung (Transientenrekorder) zu verschiedenen Zeiten. Wie verändern sich die Schwingungsformen nach dem Anschlagen? Wann tritt die Grund­schwingung deutlich hervor? Drucken Sie charakteristische Diagramme für die Grenzfälle aus.
Line 143: Line 144:
 Die Dichte des Stabes muß gemessen werden (Waage und Schiebelehre in Raum 2.05). Die Dichte des Stabes muß gemessen werden (Waage und Schiebelehre in Raum 2.05).
  
-==== 4.5 Ergänzende Fragen ====+==== 3.5 Ergänzende Fragen ====
  
 Warum werden höhere Frequenzen stärker gedämpft als niedrigere? Warum werden höhere Frequenzen stärker gedämpft als niedrigere?
  
- 
- 
- --- //[[tom.resler@physik.fu-berlin.de]] 2009/03/30 12:08// 
  
  
sal_-_arbeitsversion.1238423311.txt.gz · Last modified: 2009/03/30 14:28 by tom
Donate Powered by PHP Valid HTML5 Valid CSS Driven by DokuWiki