Töne gelangen 15 Mal schneller durch Stahl als durch die Luft!

Unnützes Wissen – manche lieben es, andere wieder nicht. Oft bringen uns ungeahnte Fakten auch zum Lachen. Wusstet ihr zum Beispiel, dass Wale Sonnenbrand bekommen können oder dass es in Stralsund eine Straße mit dem Namen „Unnütze Straße“ gibt? Andere Fakten wiederum sind ziemlich praktisch, beispielsweise zu wissen, dass Schokolade einen fast doppelt so hohen Eisenanteil besitzt, wie Spinat.

Mich hat die Tatsache überrascht, dass Töne 15 Mal schneller durch Stahl als durch die Luft gelangen können. Diesen Fakt habe ich mal etwas näher unter die Lupe genommen.

Was mir dabei durch den Kopf ging:

  • Unterschiedliche Aggregatzustände der beiden Stoffe Stahl und Luft und daraus resultierende unterschiedliche Eigenschaften? (Passt super in die Vorlesung Werkstofftechnik aus meinem 2. Semester!)
  • Entstehung der Töne und Schallleitung in den Stoffen? (Dazu hatten wir in meinem 3. Semester ein Laborexperiment, also nochmal die Unterlagen checken!)

Stahl und Luft im Vergleich

Bevor ich einen langen Text schreibe, liste ich euch die wichtigsten Eigenschaften kurz auf:

Eigenschaften von Stahl

Eigenschaften von Stahl

Schalleitung in Stoffen

Schallleiter sind alle Stoffe, in denen sich Schall ausbreiten kann. Einige Stoffe sind hervorragend geeignet, andere weniger. Ein guter Schallleiter kann den Schall von der Quelle zum Empfänger sehr schnell weitergeben. Außerdem verliert der Ton unterwegs weniger an Lautstärke und Geschwindigkeit.

Vom Schall zum Ton

Um Töne so wahrzunehmen, wie wir sie aus dem Alltag kennen, muss eine Materie in Schwingung versetzt werden, wie z.B. Luft. Wenn also Luft in Bewegung kommt, dann können wir Geräusche wahrnehmen. Wo also keine Materie ist, wie in einem Vakuum, dort können wir nichts hören. Und woraus besteht die Materie? Natürlich aus vielen Atomen! Anhand der beiden modellhaften Darstellungen der Luft und des Eisens (Hauptbestandteil von Stahl) könnt ihr erkennen, dass die Atome des Eisens miteinander in Verbindung stehen. Sie bilden ein Atomgitter und werden zu einem festen Verbund. Bei der Luft hingegen gibt es keine solcher Verkettungen. Die Sauerstoff-, Stickstoff-, und Kohlenstoffdioxidmoleküle können sich frei bewegen und sind nicht miteinander verbunden.

Modelldarstellung der Bestandteile der Luft

Modelldarstellung der Bestandteile der Luft

Modelldarstellung eines Eisenmoleküls (Hauptbestandteil von Stahl)

Modelldarstellung eines Eisenmoleküls (Hauptbestandteil von Stahl)

Was misst die Schallgeschwindigkeit?

Die Schallgeschwindigkeit ergibt sich als Weitergabe von Impulsen (ein Impuls bezeichnet die gerichtete Bewegung eines Körpers) zwischen den Molekülen in den Stoffen. Im Eisen geht die Weitergabe der Impulse, also die Schallwellen, viel schneller, da die Moleküle fest miteinander verbunden sind. Die deutlich höhere Dichte als die der Luft bestätigt ebenfalls diesen Fakt. Es befinden sich im Stahl viel mehr Teilchen als in der Luft auf einer gleichgroßen Fläche. Das erleichtert natürlich die Weitergabe von Informationen (in unserem Fall Schallwellen).

 

 

Praktische Laborversuche zu dem Thema

An unserer Fachhochschule in Stralsund ist der praktische Bezug zu den Vorlesungen sehr wichtig. So hatten wir ein Laborexperiment zu dem Thema „Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung“. Dabei haben wir uns auch mit der Schallleitung in Stoffen auseinandergesetzt. Eine der Aufgaben war es, mittels Ultraschalluntersuchung die Schallgeschwindigkeit durch einen Testkörper zu messen und daraus das Material zu bestimmen.

Durch den Ultraschall konnten wir auch Materialfehler und Lufteinschlüsse in dem Metallblock erkennen.

Durch den Ultraschall konnten wir auch Materialfehler und Lufteinschlüsse in dem Metallblock erkennen.

Die erhöhten Ausschläge des Ultraschallsignals bedeuten, dass sich nach 4 cm und nach 8 cm ein Hohlraum im Testkörper befindet.

Die erhöhten Ausschläge des Ultraschallsignals bedeuten, dass sich nach 4 cm und nach 8 cm ein Hohlraum im Testkörper befindet.

Noch mehr nicht so ganz unnützes Wissen gibt’s demnächst wieder hier im Blog 😉