Für diverse Schallexperimente habe ich mir zwei günstige Stimmgabeln (Frequenz f = 528 Hz) gekauft.
Mit einer Smartphone-App kann man sehr einfach die Frequenzen der Stimmgabeln ermitteln:
In meinem Fall zeigte die App eine Frequenz um die 527 Hz an bei einer Nennfrequenz von 528 Hz:
Schwebung
Für das erste Experiment benötigt man zwei Stimmgabeln mit minimal unterschiedlicher Frequenz. Entweder sie besitzen ein kleines Δf von Haus aus oder man erwärmt eine der beiden Stimmgabeln mit einem Bunsenbrenner. Das Metall dehnt sich dadurch geringfügig aus und die Schenkel der Gabel werden etwas länger. Dadurch sollte sich die Frequenz reduzieren. In meinem Fall besaßen die beiden Stimmgabeln bereits einen kleinen Frequenzunterschied.
Stößt man beide leicht unterschiedliche Stimmgabeln an, so hört man einen Ton, welcher periodisch lauter und leiser wird. Es handelt sich dabei um eine sog. Schwebung. Überlagern sich zwei Schwingungen mit den Frequenzen f1 und f2, so entsteht eine neue Schwingung mit der mittleren Frequenz 1/2 · (f1 + f2). Die Amplitude dieser neuen Schwingung wird aber nun periodisch mit der Frequenz f1 – f2 größer und kleiner. Damit nimmt auch die Lautstärke periodisch mit f1 – f2 zu und ab. Beträgt etwa f1 = 528 Hz und f2 = 530 Hz, so hören wir einen Ton mit f = 529 Hz, welcher zweimal pro Sekunde lauter und leiser wird. Die Schwebungsfrequenz beträgt konkret 2 Hz.
Mit EXCEL lässt sich dies sehr schön simulieren:
Excel_Schwingung_x_Überlagerung
Resonanz
Beide Stimmgabeln schwingen bei ca. 528 Hz. Erregt man sie mit Schall zu Schwingungen, so haben sie logischerweise natürlich „ihre“ Frequenz am liebsten, also ebenfalls 528 Hz. In diesem Versuch werden wir eine Stimmgabel einmal mit 500 Hz anregen und dann mit 528 Hz. Im ersten Fall wird die Stimmgabel nicht in Schwingung versetzt, im zweiten sehr stark.
Mit einem Tischtennisball werden wird die unterschiedliche Anregung sichtbar machen. Dazu habe ich den Ball an einen dünnen Faden geklebt und dann den Ball so aufgehängt, dass er die Stimmgabel berührt.
Für die Schallerregung wird ein Funktionsgenerator, ein Verstärker und ein Lautsprecher benötigt. Diese Sachen befinden sich zum Glück bereits in meinem Fundus.
Bei f = 528 Hz beginnt sich der Tischtennisball stark zu bewegen, da die Stimmgabel in diesem Fall ebenfalls stark erregt wird.
Bei f = 500 Hz bleiben hingegen Stimmgabel und Tischtennisball ruhig.
Wenn ich weitere Schallexperimente auf Lager habe, geht es hier weiter…
