Physik: Akustik/Wellen Übersicht über die Lehrveranstaltungsinhalte
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Wintersemester 2011/12<br />
<strong>Physik</strong>: <strong>Akustik</strong>/<strong>Wellen</strong><br />
0. Einführung<br />
<strong>Übersicht</strong> <strong>über</strong> <strong>die</strong> <strong>Lehrveranstaltungsinhalte</strong><br />
− Inhalt und Zielsetzung<br />
− Organisatorisches<br />
− Literaturhinweise<br />
1. Grundlagen<br />
Teil 1: Grundlagen des Messens und der Fehlerrechnung<br />
1.1. Messen und Maßeinheiten<br />
� <strong>Physik</strong>alische Größen und ihre Messung<br />
� SI-Basisgrößen und -Einheitensystem; Dimensionen<br />
1.2. Messgenauigkeit und Messfehler<br />
� Fehlerarten (grobe, systematische, zufällige/statistische)<br />
� Auswertung von Stichproben: Mittelwert und Standardabweichung<br />
� Gaußsche Normalverteilung<br />
� Das Gaußsche Fehlerfortpflanzungsgesetz<br />
� Ausgleichsgeraden, Lineare Regression<br />
1.3. Naturwissenschaftliches Arbeiten im Labor<br />
� Praktische Hinweise zum Laborversuch <strong>Physik</strong><br />
� Struktur und Inhalt eines Laborberichts<br />
Teil 2: Grundlagen der Mechanik<br />
1.4. Kinematik<br />
� Grundbegriffe geradliniger Bewegungen<br />
� Spezielle geradlinige Bewegungen<br />
� Rotationsgrößen, gleichförmige Kreisbewegung<br />
1.5. Dynamik<br />
� Die Newtonschen Axiome<br />
� Beispiele für Kräfte<br />
� Superposition und Zerlegung von Vektoren<br />
Stand: 12.09.2011 1
Wintersemester 2011/12<br />
� Arbeit, Energie, Leistung<br />
� Energieerhaltungssatz der Mechanik<br />
� Rotation und Gleichgewicht am starren Körper: Kräftegleichgewicht,<br />
Drehmoment, Trägheitsmoment, Steinerscher Satz<br />
2. Schwingungen<br />
2.1. Grundbegriffe und Definitionen<br />
2.2. Ungedämpfte harmonische Schwingungen, harmonischer Oszillator<br />
� Eigenschaften harmonischer Schwingungen<br />
� Die Differentialgleichung eines harmonischen Oszillators und ihre Lösung<br />
� Energiebilanz des harmonischen Oszillators<br />
� Beispiele für harmonische Oszillatoren: mechanische Pendel, elektrischer<br />
Schwingkreis<br />
2.3. Freie gedämpfte Schwingungen<br />
� Die Schwingungsgleichung (DGL) bei viskoser Dämpfung<br />
� Lösungen der Differentialgleichung:<br />
Schwingfall, aperiodischer Grenzfall, Kriechfall<br />
� Kenngrößen einer freien gedämpften Schwingung<br />
� Energiebilanz<br />
2.4. Erzwungene gedämpfte Schwingungen<br />
� Schwingungsgleichung erzwungener Schwingungen und ihre Lösung<br />
� Frequenzabhängigkeit der partikulären Lösung<br />
� Amplituden- und Energieresonanz<br />
2.5. Überlagerung harmonischer Schwingungen<br />
� Längs gleicher Richtung, gleiche Frequenz<br />
� Längs gleicher Richtung, unterschiedliche Frequenzen; Schwebungen<br />
� Längs aufeinander senkrechter Richtungen; Lissajous-Figuren<br />
� Zusammenfassung<br />
2.6. Anharmonische Schwingungen<br />
� Fourierreihen, Fouriersynthese<br />
� Fourieranalyse, Beispiele<br />
� Ausblick: Aperiodische Ereignisse, Fouriertransformation<br />
� Schallereignisse: Ton, Klang, Geräusch<br />
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Wintersemester 2011/12<br />
3. <strong>Wellen</strong><br />
3.1. Zusammenhänge und Unterschiede zwischen Schwingungen und <strong>Wellen</strong><br />
3.2. Grundbegriffe der <strong>Wellen</strong>lehre; harmonische <strong>Wellen</strong><br />
3.3. Die eindimensionale <strong>Wellen</strong>gleichung; Lösungen und Beispiele<br />
3.4. Transversal- und Longitudinalwellen<br />
� Seilwellen<br />
� Elastische <strong>Wellen</strong> in festen Me<strong>die</strong>n<br />
� Elastische <strong>Wellen</strong> in Flüssigkeiten und Gasen<br />
3.5. Stehende <strong>Wellen</strong><br />
� Überlagerung von <strong>Wellen</strong> gleicher Frequenz<br />
� Reflexion von <strong>Wellen</strong><br />
� Eigenmoden und Eigenfrequenzen stehender <strong>Wellen</strong> in einer Dimension<br />
� Beispiele für eindimensionale stehende <strong>Wellen</strong><br />
� Stehende <strong>Wellen</strong> in zwei und drei Dimensionen; Chladni-Figuren<br />
3.6. Huygenssches Prinzip, <strong>Wellen</strong>fronten<br />
� <strong>Wellen</strong> in mehreren Dimensionen<br />
� Huygenssches Prinzip<br />
� Reflexion und Brechung<br />
� Totalreflexion<br />
3.7. Interferenz und Beugung<br />
� Grundbegriffe (Interferenz, Kohärenz, Gangunterschied, Beugung)<br />
� Bedingungen für konstruktive und destruktive Interferenz<br />
� Beugung am Spalt<br />
� Beugung an einer kreisförmigen Blende<br />
� Interferenz und Beugung am Doppelspalt<br />
� Interferenz und Beugung am Strichgitter<br />
3.8. Doppler-Effekt<br />
� Ruhende Quelle, sich bewegender Empfänger<br />
� Ruhender Empfänger, sich bewegende Quelle<br />
� Vergleich beider Fälle<br />
� Machscher Kegel, Überschallknall<br />
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Wintersemester 2011/12<br />
4. <strong>Akustik</strong><br />
4.1. Schall<br />
� Hörschall, Ultraschall, Infraschall<br />
� Schallwellen = Longitudinalwellen in Festkörpern, Flüssigkeiten, Gasen<br />
� Schallwellen in Luft<br />
4.2. Charakterisierung des Schallfeldes<br />
� Grundbegriffe, Schallfeldgrößen<br />
� Energiedichte des Schallfeldes, Schallintensität<br />
� Schallpegel<br />
� Überlagerung mehrerer unabhängiger Schallquellen<br />
4.3. Physiologische <strong>Akustik</strong> / Psychoakustik<br />
� Die menschliche Stimme<br />
� Das menschliche Hören<br />
� Aufbau des menschlichen Ohres<br />
� Lautstärke, Kurven gleicher Lautstärke, Lautheit<br />
� Hörpsychologie<br />
4.4. Schallausbreitung<br />
� Reflexion von Schallwellen<br />
� Brechung von Schallwellen<br />
� Interferenz: Stehende Schallwellen, Beugung von Schallwellen<br />
� Absorption von Schallwellen<br />
� Exkurs: Raumakustik<br />
4.5. Schallerzeugung<br />
� Mechanische Schallerzeuger, Musikinstrumente<br />
� Elektroakustische Wandler, Lautsprecher<br />
� Modelle von Schallquellen, Richtdiagramm<br />
4.6. Schallempfänger<br />
� Messung der Schallschnelle<br />
� Messung des Schalldrucks, Mikrofone<br />
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