Wuppertal 2015 – scientific programme
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DD: Fachverband Didaktik der Physik
DD 12: Neue Medien 1
DD 12.3: Talk
Tuesday, March 10, 2015, 09:10–09:30, G.10.05 (HS 7)
Der Klang von Kirchenglocken: Modellierungen, Abschätzungen und Experimente mit dem Smartphone — •Patrik Vogt1 und Lutz Kasper2 — 1PH Freiburg — 2PH Schwäbisch Gmünd
Kirchenglocken sind im Alltag fast überall anzutreffende und mit einem Smartphone einfach zu untersuchende Musikinstrumente. Ihre physikalische Hintergrundtheorie erweist sich als schwierig und eine zuverlässige Vorhersage ihrer Eigenfrequenzen ist ausgehend von den genauen Abmessungen nur mit der Methode finiter Elemente möglich. Fragt man einen Glockengießer, mit welchen Beziehungen er die Rippe (halber Längsschnitt der Glocke, der die akustischen Eigenschaften vollständig bestimmt) für eine Glocke mit gewünschtem Frequenzspektrum berechnet, so erhält man gewiss keine Auskunft: Die Kunst des Glockengießen beruht auf jahrhundertelanger Erfahrung und das Wissen über die Rippenkonstruktion wird ausschließlich an direkte Nachkommen weitergegeben. Diesem gut behüteten Geheimnis wollen wir uns im Vortrag nähern, wohlwissend, dass wir es nicht vollständig enträtseln können. Vorgestellt werden einfache Experimente und Modellierungen unterschiedlichen Schwierigkeitsgrads, mit einer -- wie ein Vergleich mit einem Datensatz von fast 700 Glocken zeigt -- für Schulzwecke ausreichenden Genauigkeit und großer Übereinstimmung mit der Finite-Elemente-Methode. So ist es nun möglich, u. a. den Radius oder die Masse einer Kirchenglocke allein auf Grundlage einer Frequenzmessung abzuschätzen. Die experimentellen Untersuchungen gliedern sich in das Projekt "Physics2Go!" ein, in dem wir Smartphones und Tablecomputer für quantitative Analysen im Alltag nutzen.