Wie war das noch - Schulwissen neu aufpoliert

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Autoren: Martin Tzschaschel

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Flugzeug, das mit »Mach 2« fliegt, ist doppelt so schnell wie der Schall.

    Physiker interessieren sich weniger für die von Menschen empfundene Lautstärke als für objektiv gemessene Werte. Deshalb messen sie nicht die Phonzahl, sondern lieber den Schalldruck, mit der Maßeinheit Dezibel. Warum braucht man dann trotzdem noch die Angaben in Phon? Zwei Töne, die denselben Schalldruck, aber eine unterschiedliche Tonhöhe haben, werden vom Ohr nicht immer als gleich laut eingestuft: Ein Ton klingt zum Beispiel schrill oder dröhnend und wird dann als lauter empfunden. Diesen Unterschied könnte die Angabe in Dezibel nicht wiedergeben.

    Würde man laute Töne sichtbar machen, dann könnte man eine Welle sehen, die große Ausschläge macht, also tiefe Wellentäler und hohe Wellenbäuche bildet: Die Welle hat eine große Amplitude. Sie erzeugt mit den Molekülen, die sie in der
Luft bewegt, großen Druck – den man im Trommelfell spürt, aber bei lauter Musik auch indirekt sehen kann: Wenn sich die Membranen von Lautsprechern bewegen oder »die Wände wackeln« und spürbar vibrieren. Leise Töne erzeugen nur kleine Amplituden, die Wellentäler und -berge sind also nur schwach ausgeprägt.


    Wie hoch oder tief ein Ton ist, zeigt sich dagegen nicht im Ausschlag der Welle, sondern in ihrer Länge, der Wellenlänge. Eine lange Welle schwingt langsam, eine kurze Welle schwingt in derselben Zeit öfter, schneller. Die Häufigkeit der Schwingungen pro Sekunde nennt man Frequenz.
    Die Frequenz (die Tonhöhe ) wird in Hertz (Hz) gemessen: 100 Hertz sind 100 volle Schwingungen pro Sekunde. Eine lange, langsam schwingende Welle erzeugt einen tiefen Ton (eine tiefe Frequenz), eine kurze, schnell schwingende Welle einen hohen Ton.
    In der Musik wurde der »Kammerton a« als Normalton festgelegt, den man beim Anschlagen einer Stimmgabel hört – sie schwingt mit 440 Hertz. Ein Sänger mit Bass-Stimme erreicht tiefste Töne von 85 Hertz, eine Sopranistin trifft hohe Töne bis zu 3400 Hertz. Das menschliche Ohr kann im Idealfall Töne im Frequenzbereich von etwa 16 Hertz bis 20 000 Hertz wahrnehmen.
    Höhere Frequenzen liegen über dem menschlichen Hörbereich, man nennt sie Ultraschall. Fledermäuse orientieren sich, indem sie Ultraschallwellen von etwa 50 000 Hertz ausstoßen und das Echo auffangen. Der in der Medizin eingesetzte
Ultraschall erreicht sogar Werte von mehreren Millionen Hertz.


    Nur wenn ein Ton in einer bestimmten Höhe schwingt (1000 Hertz), zeigen die Dezibel-Skala und die Phon-Skala denselben Wert an (nämlich 40). Die Messeinheit Dezibel geht auf den Erfinder Alexander Graham Bell zurück, der 1876 das erste öffentliche Telefon vorstellte. »Dezi« bedeutet ein Zehntel (ein Dezimeter = ein zehntel Meter). Die Frequenz von 1000 Hertz entspricht einem Ton, den eine Sopransängerin noch mühelos erreicht; auf der Tastatur eines Klaviers befindet er sich im dritten Viertel, also ziemlich weit oben.
    Wenn Radiostationen auf einer bestimmten Frequenz senden, hat das mit Schallwellen nichts zu tun, sondern mit elektromagnetischen Wellen. Gemeinsam ist beiden Wellenarten aber, dass man die Zahl ihrer Schwingungen messen und als Frequenzzahl angeben kann.
    Radio, Röntgen, Handy, Licht — die elektromagnetischen Wellen

    Wenn Strom (mehr dazu ab Seite 194) zu einer Glühbirne fließt, passiert Folgendes: Elektronen treffen mit Lichtgeschwindigkeit auf den Drahtfaden der Birne und stoßen dort die Metallatome an. Die beginnen zu schwingen. Ein Teil der
von den Atomen aufgenommenen Energie wird als Wärmestrahlung abgegeben (der Draht erhitzt sich), ein anderer Teil als sichtbares Licht. Beides ist elektromagnetische Strahlung.


    »Elektromagnetische Strahlung« heißt: Wenn die Elektronen einen Stromfluss erzeugen, entsteht zugleich ein magnetisches Feld. Umgekehrt kann ein Magnetfeld auch elektrische Ladung erzeugen, also Strom. Beides hängt zusammen, weshalb man alle elektrischen und magnetischen Erscheinungen, die miteinander in Verbindung stehen, unter dem Begriff Elektromagnetismus zusammenfasst.

    Das elektromagnetische Spektrum umfasst Wellen unterschiedlicher Länge. Die kürzesten haben die höchste Frequenz (sie schwingen sehr schnell hin und her), die längsten haben die niedrigste Frequenz (sie schwingen langsam). Hier eine Übersicht mit dem jeweiligen Einsatzgebiet:
Höhenstrahlung
Gammastrahlen (Wellenlänge zehnmillionstel mm): Strahlentherapie
Röntgenstrahlen: medizinische