5. – 13. Schuljahr

Daniel Laumann

Akustik

Ausgewählte Geräte, Materialien und Medien für den Unterricht

An den Inhalten und Phänomenen der Akustik lässt sich der Wandel der vergangenen zehn Jahre bei der unterrichtlichen Nutzung von Medien – auch im Zusammenhang mit Experimenten gut erkennen.
Dieser Artikel beschreibt für den Bereich der Akustik einerseits die neuartigen Möglichkeiten des Experimentierens, die sich insbesondere durch die Verfügbarkeit von Smartphones ergeben. Andererseits wird das erweiterte Spektrum visueller Medien und die zunehmende Bedeutung dynamischer Inhalte betrachtet. Darüber hinaus werden zu den Einsatzbereichen digitaler Medien die jeweiligen Vorteile und Chancen, aber auch die Einschränkungen sowie die Randbedingungen für einen sinnvollen unterrichtlichen Einsatz erläutert.
Die Schlüsselexperimente in der Akustik umfassen vor allem die Untersuchung
  • von Prozessen der Schallentstehung bei verschiedenen Phänomenen,
  • der Schallerzeugung,
  • der Ausbreitung von Schall,
sowie
  • die Aufzeichnung und die Analyse von Schall.
Die Abschnitte dieses Artikels folgen dieser inhaltlichen Struktur, nennen zentrale Experimentiermaterialien, liefern Hintergrundinformationen und geben praktische Hinweise für die Durchführung von Experimenten.
Schallentstehung bzw. -erzeugung
Akustische Inhalte zu untersuchen, ist nur möglich nach der Entstehung von Schall bei einem Phänomen oder Vorgang oder durch die gezielte Erzeugung von Schall. Je nach inhaltlicher Zielsetzung, sind dabei zwei Varianten zu unterscheiden:
Qualitativer Zugang
Die Lehrkraft strebt hier die qualitative Analyse realer Klänge, Geräusche etc. an, um Eigenschaften unterschiedlicher Schallarten mit Alltagsbezug zu untersuchen. Ein Beispiel aus dem Anfangsunterricht stellt Artikel A1 „Sehen, was man hört vor, wo sich die Entstehung von Schall unmittelbar aus der Umwelt ergibt.
Untersuchung von Musikinstrumenten
Während in vielen Gebieten der Physik Alltagsbezüge teilweise mit erheblichem Aufwand konstruiert werden müssen, lebt die Akustik von ihrer lebensweltlichen Bedeutung. Töne und Klänge von Musikinstrumenten sind vielen Schülerinnen und Schülern bekannt. Entsprechend existieren vielfach verschiedenes Vorwissen und diverse Vorerfahrungen, die für eine vertiefte Auseinandersetzung genutzt werden können.
Quantitative Analyse
Bei einer stärker quantitativen Klassifizierung von Schall geht es u.a. um die Einführung und Untersuchung zentraler physikalischer Größen, wie der Frequenz, der Wellenlänge oder der Amplitude. Obwohl auch bei einem qualitativen Zugang eine Einführung der physikalischen Größen notwendig ist (u.a. um Schallarten nachvollziehbar zu unterscheiden), ergeben sich noch keine quantitativen Ergebnisse. Für quantitative Schlussfolgerungen ist i.d.R. eine präzise Erzeugung von Tönen definierter Frequenz bzw. Wellenlänge notwendig.
Experimente mit Stimmgabeln
Üblicherweise werden für quantitative Untersuchungen Stimmgabeln genutzt. Stimmgabeln existieren in vielen Schulsammlungen und ermöglichen eine vollständig analoge Durchführung von Experimenten. Ein zentraler Vorteil von Stimmgabeln und anderen analogen Methoden zur Erzeugung von Schall ergibt sich durch die haptische Dimension der Schallerzeugung, da die für die Entstehung von Schall notwendigen mechanischen Schwingungen direkt spürbar sind. Stimmgabeln, aber auch Trommeln und andere Instrumente, haben damit auch für Modellvorstellungen von akustischen Phänomenen und Schall sowie dessen Entstehung große Bedeutung. In einem typischen Experiment wird eine schwingende Stimmgabel mit einer Wasseroberfläche in Kontakt gebracht, sodass die akustische Schwingung nicht nur haptisch, sondern auch visuell wahrgenommen werden kann. Darüber hinaus existieren auch komplexere Experimente zur Visualisierung von Schall mithilfe von Wasser [1].
Hinsichtlich der Durchführung von Experimenten ergibt sich allerdings eine Einschränkung durch das Spektrum möglicher Frequenzen...

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