Physik für Biologen und Zahnmediziner
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- Eleonora Kathrin Kopp
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1 Physik für Biologen und Zahnmediziner Kapitel 11: Wellen Dr. Daniel Bick 07. Dezember 2016 Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
2 Übersicht 1 Wellen Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
3 Wellen Transversalwellen Longitudinalwellen Wassermoleküle in einer Welle Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
4 Ausbreitung einer Welle Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
5 Wellenläge und -geschwindigkeit Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
6 Wellengleichung A(t) A(x) t x Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
7 Wellen in mehreren Dimensionen Ausbreitung meistens in mehrere Richtungen Wellen am Ufer: lineare (ebene) Welle Stein fällt ins Wasser: Kreiswellen Schall: Kugelwelle Folge: Amplitude bei Kreis- und Kugelwellen nimmt mit Abstand ab Kreiswelle: Kugelwelle: Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
8 Überlagerung von Wellen s λ λ s s λ s Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
9 Huygenssches Prinzip Jeder Punkt einer Wellenfront kann wieder als Ausgangspunkt einer Kugelwelle, der sogenannten Elementarwellen, betrachtet werden. Das Wellenbild hinter einem Hindernis (Beugungsbild), setzt sich dann aus der Überlagerung der Elementarwellen zusammen. Quelle: huygens.htm Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
10 Schall Überdruck Unterdruck Erzeugung einer Schallwelle Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
11 Reflexion von Seilwellen Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
12 Stehende Wellen Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
13 Stehende transversale Wellen Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
14 Stehende longitudinale Wellen Anschaulich im Experiment: Kundtsches Rohr Rubenssches Flammenrohr Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
15 Chladnische Klangfiguren Chladni's Akustik a 66b 67a 67b 67c 68a 68b 60Hz 72Hz 95Hz 109Hz 128Hz 175Hz a 71b 71c 240Hz 378Hz 338Hz 352Hz 426Hz 478Hz 72a 72b 73a 73b 74a 74b a 79b 80a 80c 80c Quelle: Wikipedia Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
16 Akustisches Frequenzspektrum Quelle: Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
17 Schallgeschwindigkeit Abhängig von Dichte und Elastizität des Mediums Zusammenhang zwischen Schallgeschwindigkeit und Gasart Beispiele Adiabatenexponent κ ist gasspezifisch (z.b. O 2 : κ = 1,4) c Luft 333 m/s Wetterabhängig (ϑ,p) c Luft = 330 m/s bei 0, c Luft = 343 m/s bei 20 c H2 O 1500 m/s c Eis 3230 m/s c Eisen = 5850 m/s (longitudinal) c Eisen = 3230 m/s (transversal) Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
18 Schallfeldgrößen Amplitude, Schnelle, Druck Ein einzelnes Teilchen schwingt mit Amplitude A 0 Schallamplitude Amplitude A 0 der Schwingung eines Teilchens Schallschnelle Maximale Geschwindigkeit der Moleküle Schalldruck bzw. Schallwechseldruck Durch Schwingung erzeugte maximale Druckschwankung (O 10 2 Pa) Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
19 Schallfeldgrößen Intensität Schallstärke bzw. Intensität I Schallempfindlichkeit des menschlichen Ohrs Bei 1000 Hz Hörgrenze W/m 2 Schmerzgrenze 1 W/m 2 Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
20 Schallwahrnehmung Weber-Fechner-Gesetz Subjektive Lautstärke wächst nicht linear sondern logarithmisch mit Intensität Definiere Hörgrenze W/m 2 als Bezugsintensität I 0 Schallstärkenpegel L (Lautstärke) Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
21 Schalldruckpegel Quelle: Wikipedia Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
22 Lärm im Alltag Quelle: Brüel & Kjær -- The range of Sound Pressure Levels Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
23 Doppler-Effekt Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
24 Frequenzverschiebung beim Doppler-Effekt λ 1 λ 2 Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
25 Schallmauer Quelle: Wikipedia (2x) Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
26 Wellenwiderstand Wellenwiderstand (Impedanz) Eigenschaft eines Mediums, in dem sich eine Welle ausbreitet. Das Verhältnis von reflektierter und transmittierter Amplitude der Welle an einer Grenzfläche wird durch die Impedanz der beiden Medien bestimmt. An der Grenzfläche zweier Stoffe mit großem Impedanzunterschied wird Schall stark reflektiert. Impedanz Schallreflexionsfaktor Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
27 Echoverfahren Anwendung: Sonographie US Laufzeit Abstand Amplitude des reflektierten Pulses Dichteverteilung Frequenz Bewegung der Schichten (Dopplereffekt) Daniel Bick Physik für Biologen und Zahnmediziner 07. Dezember / 27
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