Lerneinheit · Klasse 5/6 · Physik, Musik
Der Ton macht die Welle
„Was macht einen Ton hoch, und was macht ihn laut — und warum klingt eine kurze Saite anders als eine lange?"
Der Knopf öffnet die Einheit direkt im Experimentierheft, ein Klick auf einen Labornamen das Labor. Es läuft im Browser — kostenlos, ohne Anmeldung, ohne Installation.
- Thema im Lehrplan
- Schall: Schwingung und Welle, Frequenz und Tonhöhe, Amplitude und Lautstärke, Hertz als Einheit; Saitenlänge und Tonhöhe, Oktave, Resonanz und Mitschwingen.
- Fach
- Physik, Musik
- Klassenstufe
- Klasse 5/6
- Dauer
- ca. 55 min (2 Schulstunden) · 8 Missionen und 5 Übertragsaufgaben
Ablauf
- Hoch oder laut? — Zwei Töne, ein Wellenbild: Zähle die Wellen in 10 Millisekunden und finde heraus, was die Tonhöhe macht. 4 Missionen: Zwei Töne · Leise und laut · Noch eine Verdopplung · Der Rätselton
- Kurz und hoch — Saiten von 60 bis 20 cm: Zupfe sie an und miss, wie die Länge den Ton bestimmt. 4 Missionen: Lang und kurz · Genau die Hälfte · Zwei weitere Saiten · Die Saite antwortet
- Übertrag — 5 Aufgaben zu einer neuen Situation, ohne Simulation. Die eigenen Messreihen stehen daneben.
Der Denkfehler, an dem die Einheit ansetzt
„Lauter heißt höher" und „höher heißt schneller beim Ohr" — Tonhöhe und Lautstärke werden nicht getrennt. Beim Saitenbrett kommt die Erwartung dazu, dass eine doppelt so lange Saite auch doppelt so schnell schwingt; tatsächlich ist es umgekehrt. Beide Vorhersagen entscheidet das Wellenbild, nicht das Gefühl.
Das sollen die Lernenden am Ende sagen können
Ein Ton ist eine Schwingung. Wie oft sie in einer Sekunde hin und her geht, ist die Frequenz in Hertz — sie macht die Tonhöhe: Je mehr Wellen in dieselbe Zeit passen, desto höher klingt es. Wie weit die Schwingung ausschlägt, ist die Lautstärke; sie ändert an der Zahl der Wellen nichts. Bei einer Saite hängt die Frequenz von der Länge ab: Die halbe Länge gibt die doppelte Frequenz, und Länge mal Frequenz bleibt immer gleich. Trifft ein Ton auf etwas, das genau zu ihm passt, schwingt es von selbst mit — das ist Resonanz.
Tipp für den Unterricht
Das Wellenbild zeigt immer 10 Millisekunden — darin lassen sich die Wellen abzählen, und die Zahl ist ein Hundertstel der Hertz-Zahl. Deshalb ist das Zählen die eigentliche Messung. Beide Labore funktionieren vollständig ohne Ton: Der Schalter „Ton aus" bleibt gespeichert, für Klassenräume ohne Kopfhörer. Wer Instrumente da hat, kann die Saitenmessung auf einer Gitarre nachstellen: Griff im zwölften Bund halbiert die Länge und gibt denselben Ton eine Oktave höher.
So arbeiten die Lernenden
Vor jedem Versuch legen sie sich fest, was herauskommt — der Versuchsaufbau bleibt gesperrt, bis sie das getan haben. Dann zeigt der Versuch, ob die Vorhersage stimmte, und jedes Ergebnis landet in einer Messreihe. Die Regel wird nicht vorgesagt, sie ergibt sich aus den eigenen Messwerten. Sterne bewerten die Vorhersage, nicht den Fleiß.
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