Tafelwerk-Physik

Schallgeschwindigkeiten

Schallgeschwindigkeiten

Schall, eines der Standardbeispiele für mechanische Welle, breitet sich in den verschiedensten Stoffen unterschiedlich schnell.
Wie man so etwas im Detail ausrechnet findet man hier --> https://lp.uni-goettingen.de/get/text/5138
Die Werte für die Schallgeschwindigkeiten sind von hier --> https://de.wikipedia.org/wiki/Schallgeschwindigkeit
Da bekanntlich das Produkt von Frequenz und Wellenlänge der Schallgeschwindigkeit entspricht, lassen sich viele Aufgaben formulieren, die gaaaaaaanz einfach sind.

Schallgeschwindigkeit einiger Feststoffe bei 20 °C

Stoff

longitudinal
in m/s
transversal
in m/s
Gummi 150  
Plexiglas 2670 1120
Beton (C20/25) 3655 2240
Beton (C30/37) 3845 2355
Buchenholz 3300  
Marmor 6150  
Aluminium 6250–6350 3100
Beryllium 12.900 8880
Blei 2160 700
Gold 3240 1200
Kupfer 4660 2260
Magnesium 5790 3100
Magnesium/Zk60 4400 810
Nickel 4900  
Zink 4170 2410
Stahl 5850 3230
Titan 6100 3120
Messing 3500  
Wolfram 5180 2870
Eisen 5170  
Silber 3600 1590
Bor 16.200  
Diamant 18.000  

 

Schallgeschwindigkeit einiger Flüssigkeiten bei 20 °C

Stoff

in m/s

Wasser 1484
Wasser (bei 0 °C) 1407
Meerwasser ca. 1500
Öl (SAE 20/30)[9] 1340
Benzol (Benzen) 1326
Ethylalkohol 1168
Quecksilber 1450

Schallgeschwindigkeit einiger Gase bei 20 °C

Stoff

longitudinal in m/s

Luft 343
Helium 981
Wasserstoff 1280
Sauerstoff (bei 0 °C) 316
Kohlendioxid 266
Argon 319
Krypton 221
Methan 466

Schallgeschwindigkeit von Luft in Abhängigkeit von der Lufttemperatur

Temperatur
in °C

Schallgeschwindigkeit in m/s

+50 360,57
+40 354,94
+30 349,29
+20 343,46
+10 337,54
0 331,50
−10 325,35
−20 319,09
−30 312,77
−40 306,27
−50 299,63

Brechungsgesetz

Brechungsgesetz

Geht eine "Bewegung" in ein Gebiet über, die eine andere Ausbreitungsgeschwindigkeit hat, so ändert sich die Bewegungsrichtung, wenn der Eintrittswinkel verschieden von 0° ist.
Beispiel: Fährt man mit einem Schlitten schräg einen Hügel hinunter und saust über einen leicht gestreuten Weg, so dreht sich der Schlitten, da eine der Kufen schon mal mehr abgebremst wird als die andere.
Die Brechung ist eine der Eigenschaften von Wellen. Beispiele: Übergang von Wasser vom tiefen ins flache Wasser, Sprechen in eingeatmetes Helium, ...
(Achtung: Die Wellenbrecher - Buhnen - an der Ostsee stehen nicht für die hier beschriebene Form der Brechung.)

Im Unterricht wird vor allem die Brechung des Lichts untersucht.
brechung

Ein (einfallender) Strahl trifft auf eine Grenzschicht. Dort wird das Einfallslot gezeichnet. Der Einfallswinkel Alpha tritt zwischen Strahl und Lot auf. Der an der Grenzschicht gebrochene Strahl bildet mit dem Einfallslot den Brechungswinkel Beta. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist vor der Grenzschicht c1, danach c2.

Ist c1, größer als c2, dann ist Alpha größer als Beta und umgekehrt.
Das Brechungsgesetz lautet: \frac{c_1}{c_2} = \frac{sin \alpha}{sin \beta}
Passende Themem. Totalrefleflektion, Lichtleitkabel, Bildentstehung an Sammellinsen, Bildentstehung im Auge, ...

Im Tafelwerk ist eine Geogebradatei verlinkt, die das Brechungsgesetz veranschaulicht.

http://www.schulmodell.eu/unterricht/faecher/physik/504-interaktives-tafelwerk.html

spezifische Wärmekapazität

spezifische Wärmekapazität

Unter der spezifischen Wärmekapazität c versteht man eine Stoffeigenschaft. Sie gibt an, wie viel Wärmenergie ein Stoff benötigt, wenn ein Kilogramm des Stoffes um ein Grad (Celsius oder Kelvin) erwärmt werden soll. Beim Abkühlen des Stoffes wird diese Wärmemenge pro Kilogramm abgegeben.
In der Tabelle steht an erster Stelle  c_{Al} = 0,888 \frac{kJ}{kg \cdot K} Das bedeutet also: Soll ein Kilogramm Aluminium um ein Grad Kelvin (oder Celsius) erwärmt werden, so werden dafür 0,888 kJ (Kilojoule) benötigt.
Einige auswählte Stoffe in alphabetischer Reihenenfolge.

Stoff Aggregatzustand spezifische Wärmekapzität

in

Aluminium fest 0,888
Beryllium fest 1,824
Diamant fest 0,502
Eisen fest 0,444
Ethanol flüssig 2,46
Gold fest 0,129
Graphit fest 0,72
Helium gasförmig 5,19
Kupfer fest 0,385
Lithium fest 3,582
Luft (100 % Luftfeuchtigkeit) gasförmig ≈ 1,030
Luft (trocken) gasförmig 1,005
Messing fest 0,377
Öl/ Petroleum flüssig ≈ 2,000
Quarzglas fest 0,703
Quecksilber flüssig 0,139
Sauerstoff gasförmig 0,92
Stickstoff gasförmig 1,042
Wasser gasförmig 2,02
Wasser flüssig 4,183
Wasser fest (0 °C) 2,06
Wasserstoff gasförmig 14,3

Siehe auch Berechnungen zur --> Wärme <--

Lichtgeschwindigkeiten

Lichtgeschwindigkeiten

Stoff Geschwindigkeit c in km/s
Vakuum 299792
Diamant 125000
Flintglas 186000
Kronglas 200000
Kohlenstoffdisulfid 184000
Luft 299711
Polystyrol 189000
Wasser 225000

Dichte von Gasen

Dichte von Gasen

Quelle: wikipedia
Die Angaben beziehen sich auf Normalbedingungen (T = 0 °C und p = 1,01325 bar).
Die Gase sind alphabetisch sortiert.

Gas Dichte [kg/m3]
Acetylen 1,17
Ammoniak 0,77
Argon 1,78
Chlor 3,21
Ethan 1,36
Ethylen 1,26
Fluor 1,7
Helium 0,18
Kohlenmonoxid 1,25
Kohlenstoffdioxid 1,98
Krypton 3,48
Lachgas 1,98
Leuchtgas 0,55
Luft (CO2-frei) 1,29
Luft bei 0 °C (trocken ?) 1,29
Luft bei 20 °C 1,2
Methan 0,72
Methylchlorid 2,31
n-Butan 2,7
Neon 0,84
Ozon 2,22
Propan 2,02
Propen 1,92
Radon 9,73 bei 273 K
Sauerstoff 1,43
Schwefeldioxid 2,93
Schwefelhexafluorid bei 15°C 6,18
Stickstoff 1,25
Stickstoffmonoxid 1,34
Wasserdampf 0,88
Wasserdampf bei 100 °C 0,6
Wasserstoff 0,09
Wolframhexafluorid 12,7
Xenon 5,9

Dichte flüssiger Stoffe

Dichte flüssiger Stoffe


Quelle: wikipedia
In dieser Tabelle sind die Stoffe alphabetisch sortiert.

Material Dichte in g/cm³
Aceton 0,790
Anilin 1,022
Benzol 0,879
Brom 3,119
Dieselkraftstoff 0,830
Diethylether 0,713
Essigsäure 1,049
Ethanol, Spiritus 0,789
Glycerin 1,260
Meerwasser 1,025
Methanol 0,790
Milch 1,030
Nitrobenzol 1,220
Olivenöl 0,910
Ottokraftstoff (genormt, Mittelwert) 0,750
Petroleum 0,800
Quecksilber 13,595
Salpetersäure 1,512
Schwefelkohlenstoff 0,713
Schwefelsäure 1,834
Schweres Wasser 1,105
Terpentinöl 0,855
Toluol 0,872
Wasser (bei 3,98 °C) 0,99998

Dichte fester Stoffe

Dichte fester Stoffe

Quelle: Quelle der Werte
Dort sind die Angaben nach den Dichtewerten sortiert.

Hier sind die Stoffe alphabetisch geordnet.

 

Stoff Dichte g/cm3
Aluminium 2,71
Antimon 6,68
Balsaholz 0,1...0,2
Beryllium 1,85
Beton 1,8...2,450
Bismut 9,8
Blei 11,34
Bronze 7,4...8,9
Cadmium 8,64
Chrom 7,2
Cobalt 8,9
Eichenholz ca. 0,8
Eis 0,92
Eisen 7,86
Eisen 7,9
Eisenoxid 5,1
Eisenstahl 7,7
Fensterglas 2,5...2,6
Fichtenholz ca. 0,5
Gips 2,3
Gold 19,32
Granit 2,8
Gummi 0,920...0,960
Gusseisen 7,25
Holz 0,4...0,8
Iridium 22,56
Kalium 0,68
Kohlenstoff 3,51
Kohlenstoff 2,25
Konstantan 8,8
Kork 0,480...0,520
Kupfer 8,920...8,960
Magnesium 1,73
Mangan 7,43
Messing 8,1...8,7
Nickel 8,91
Osmium 22,61
Palladium 12
Papier ca. 0,8
Paraffin 0,860...0,930
Pertinax 1,35
Phosphor 1,82
Platin 21,45
Plexiglas 1,19
Polystyrol 1,040...1,090
Quarzglas 2,2
Rhenium 21,04
Rhodium 12,4
Sandstein 2,4
Schotter 1,7...1,9
Schwefel 2,07
Silber 10,49
Silicium 2,33
Stahl 7,85
Stahl 7,9
Steinkohle 1,35
Titan 4,5
Uran 19,05
Vanadium 6,12
Wachs 0,9...0,980
Wolfram 19,27
Zement 3,0...3,1
Zink 7,13
Zinn 7,28