Physik

Was ist Schallenergie?

Schallenergie, oft auch als akustische Energie bezeichnet, wird durch die Vibration eines beliebigen Objekts erzeugt.

Diese Art von Energie breitet sich durch verschiedene Stoffe wie Luft oder Wasser aus und besteht aus Längswellen, die allgemein als Schallwellen bezeichnet werden.

Unter Schallenergie versteht man in der Physik das Ergebnis der Schwingungen der Teilchen eines Materials, die zur Erzeugung von Longitudinalwellen führen, die über physikalische Medien in jedem der drei Elementarzustände der Materie übertragen werden können.

Akustische Energie muss durch ein Medium transportiert werden. Da ihre Wellen mechanisch sind, können sie Luft, Wasser, Metalle, Kristalle und alle anderen Dinge durchdringen, die zu mechanischen Schwingungen auf Teilchenebene fähig sind. Daher kann sich Schall nicht im Vakuum ausbreiten; im Weltraum beispielsweise wird kein Schall übertragen.

Der Schall oder die akustische Energie wird heute in großem Umfang genutzt, vor allem im Bereich des Ultraschalls. Andererseits könnten Teilchenvibrationen auch zur Erzeugung anderer Energieformen genutzt werden, aber ihre Leistung ist so gering, dass sie unwirksam wäre.

Beispiele für Schallenergie mit Bildern

Fast unser ganzes Leben lang sind wir von Schallenergie umgeben. Daher gibt es mehrere Möglichkeiten, Beispiele für Klangenergie zu zeigen.

Musikinstrumente

Klangenergie

Musik ist eine schöne Art, Klangenergie zu erkennen.

Musikinstrumente sind eine gute Möglichkeit, die Funktion der Schallenergie kennen zu lernen. Jedes Instrument besteht aus verschiedenen Materialien, Dimensionen und Formen. Wenn sie eingesetzt werden, wird diese Energie durch die Schwingungen der Elemente, aus denen das Musikinstrument besteht, in Schallenergie umgewandelt. Auf diese Weise entstehen die Schallwellen, aus denen die Melodien bestehen, die unsere Ohren erreichen.

Lautsprecher

Bei Lautsprechern handelt es sich um technische Geräte, die den Schall verstärken können.

Sie arbeiten mit elektrischer Energie und vielen Komponenten, um die Stimme einer Person in Schallenergie aufzuzeichnen und sie über einen Lautsprecher auszugeben, der die Frequenz der Schallwellen der sprechenden Person verdoppelt. Durch die Wiederholung der Frequenz der Schallwellen wird der Schall jedoch mit größerer Intensität abgegeben, so dass sich die Schallenergie weiter ausbreiten kann und somit lauter wahrgenommen wird.

Schallenergie

Der Volkssprecher

Solide Energie

Die Stimme ist ein einfaches Beispiel dafür, wie Schallwellen funktionieren.

Der menschliche Körper verfügt über Wangenbänder, d. h. Fäden, die, wenn sie vibrieren, Schallwellen aussenden, die sich im Mund verstärken und in die Luft ausbreiten.

Jeden Tag passen wir die Worte an, die wir sprechen und hören.

Natürliche Klanglandschaften

In der Natur gibt es zahlreiche Beispiele für Klangenergie, vom Geräusch des auf den Boden fallenden Regens über das Grollen des Donners bis hin zum Summen der Insekten.

Diese Phänomene werden durch Teilchenvibrationen verursacht und wandern erwartungsgemäß durch die Luft, um in Form von Tönen unsere Ohren zu erreichen.

Schallenergie

Wie wird Schallenergie erzeugt?

Die Schwingung der Teilchen, aus denen etwas besteht, erzeugt Schallenergie. Daher beeinflussen die Eigenschaften des Materials und der Teilchen, aus denen es besteht, den erzeugten Schall. So geben Metalle mit hoher Dichte nicht denselben Schall ab wie Sand oder Holz.

Wenn ein Gegenstand Schallwellen aussendet, die aus der Vibration von Teilchen resultieren, bewegen sich diese Wellen durch ein Medium, bis sie unsere Ohren erreichen. Die Eigenschaften des Mediums, durch das sich die Wellen bewegen, spielen ebenfalls eine Rolle für die Form und die Geschwindigkeit, mit der die Schallwellen übertragen werden, obwohl dies weiter unten im Abschnitt über die Funktionsweise der Schallenergie näher erläutert wird.

Wie funktioniert sie?

Die Schallenergie funktioniert nach einfachen mechanischen Prinzipien, die im Folgenden erläutert werden:

Medium der Übertragung: Wie bereits erwähnt, pflanzt sich die Schallenergie mechanisch in einem Medium fort. Je nach Dichte des Mediums kann sich der Schall durch die Vibration der Teilchen schneller oder langsamer ausbreiten und die Reichweite des Schalls bestimmen.

Geschwindigkeit der Schallwellenübertragung: Wie bereits erwähnt, breiten sich Schallwellen schneller aus, wenn sie dichteres Material durchdringen. Infolgedessen ist die Schallgeschwindigkeit in Wasser höher als in Luft. Dies liegt daran, dass sich Schwingungen zwischen Teilchen in dichteren Materialien oder wenn die Atome näher beieinander liegen, leichter übertragen lassen.

Schallbereich: Es ist bekannt, dass die Dichte des Mediums, in dem akustische Energie übertragen wird, bestimmt, wie weit ein Schall hörbar ist. Je geringer die Dichte des Mediums ist, desto weiter kann sich der Schall ausbreiten. Das liegt daran, dass ein dichteres Material mehr mechanische Energie benötigt, um die Schwingung zu übertragen. Aus diesem Grund ist Luft ein besseres Medium als Wasser, um Schallwellen zu übertragen.

Verwendet

Die Schallenergie wird heute aus verschiedenen Gründen genutzt.

  • Die Ultraschallbehandlung für die medizinische Sonographie ermöglicht die Entfernung von Nierensteinen und Gallenblasen ohne schädliche Auswirkungen auf den Patienten.
  • Ultraschall kann auch zur Erstellung von Bildern aus dem Körperinneren verwendet werden. Es ist möglich, den Zustand der inneren Organe und sogar das Wachstum eines Fötus auf diese Weise zu beurteilen.
  • In der Geophysik ermöglicht der Ultraschall Aufnahmen des Meeresbodens.
  • Akustische Energie ermöglicht den Betrieb von Musikinstrumenten und die Erzeugung von Melodien, die wir täglich hören.
  • Auf industrieller Ebene verbessert der Einsatz von Ultraschall die Qualitätskontrolle in der Produktion, indem er Fehler in den Waren aufspürt.
  • Einige Tierarten nutzen den Schall, um sich zu orientieren und zu wissen, wo sie sich in ihrer Umgebung befinden. Dies gilt für Fledermäuse und zahlreiche Meeresbewohner.

Vorteile und Nachteile

Schallenergie und ihre Verwendung haben Vor- und Nachteile, die berücksichtigt werden sollten.

Vorteile

  • Die Schallenergie ermöglicht die Kommunikation von Mensch zu Mensch, ohne dass irgendwelche externen Methoden eingesetzt werden müssen.
  • Sie ist eine Energieform, die nicht auf den Einsatz von Brennstoffen angewiesen ist. Da sie mechanisch erzeugt wird, handelt es sich um erneuerbare Energie.
  • Sie erzeugt selbst keine Umweltverschmutzung.
  • Seine Ausbreitung bei regulierten Frequenzen hat keine Nebenwirkungen auf die Gesundheit oder die materiellen Eigenschaften.
  • Es gibt eine Vielzahl medizinischer Anwendungen, die Leben retten können.
  • Sie hat erhebliche Fortschritte in der Welt der Technologie ermöglicht.

Nachteile

  • Es handelt sich um eine Art von Energie, die, wenn sie konzentriert wird, Menschen und anderen Lebewesen Schaden zufügen kann.
  • Sie ist auf ein Medium angewiesen, um sich zu verbreiten, was ihre Verwendung, Reichweite und Übertragungsgeschwindigkeit stark einschränkt.
  • Die Frequenz der Schallwellen muss innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen, damit sie hilfreich und nicht zerstörerisch ist.
  • Sonare und Meeresradare können beispielsweise der Meeresfauna schaden.
  • Es ist nicht möglich, in großem Umfang und zu vertretbaren Kosten Energie zu erzeugen.
  • Die Schwingungen der akustischen Energie können einige Materialien, wie z. B. bestimmte Glasarten, zerbrechen oder beschädigen.

Mathematische Formel der Schallenergie

Die Schallenergie wird in Dezibel (dB) gemessen, wobei 0 dB der vollkommenen Stille entspricht, was außer im Vakuum oder im Weltraum unwahrscheinlich ist.

Der Mensch kann Geräusche mit einer Schallenergie zwischen 0 und 140 dB wahrnehmen. Andere Tiere hingegen haben aufgrund der Beschaffenheit ihres Gehörs einen viel größeren Hörbereich.

Die Schallenergie wird häufig mit einem Gerät gemessen, das als Schallpegelmesser bezeichnet wird.

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