HW:Kundt'sches Rohr

Das Kundt'sche Rohr ist ein Demonstrationsversuch im Bereich der Schulphysik zum Thema "stehende Wellen". Es wurde nach den Beobachtungen von August Kundt im Jahr 1866 benannt. Mit dem Kundt'schen Rohr, auch Kundt'sches Staubrohr genannt, können stehende Schallwellen in einem Glasrohr sichtbar gemacht werden. In den Hohlkörpern (Hohlraumresonatoren) vieler Musikinstrumente, wie z.B. der Flöte, sorgen stehende Wellen für eine Vertärkung des Klangs.

Materialien

• Abstimmungsschieber
• Kundt'sche Röhre mit Trichter
• Korkmehl
• Einfüllschiene
• Trillerpfeife (oder alternativ Stimmgabel oder Druckkammerlautsprecher mit einem Sinusgenerator)

Aufbau und Funktionsweise

Aufbau

Zuerst wird mithilfe der Einfüllschiene eine geringe Menge an Korkmehl in die Kundt'sche Röhre gefüllt. Die Röhre wird leicht geneigt, sodass sich das Korkmehl gleichmäßig in der Röhre verteilt. Anschließend wird die Röhre vorsichtig um die Längsachse gedreht, sodass auch die Glaswände bestäubt werden. Für das Experimentieren mit der Trillerpfeife wird der Trichter an einem Ende der Glasröhre befestigt. Die Trillerpfeife wird im Optimalfall unmittelbar am Röhrenende positioniert. Die Trillerpfeife sollte quer zur Röhre gehalten werden, um zu verhindern, dass beim Anblasen Luft in die Röhre gelangt. Der Abstimmschieber kann zur Abstimmung der geschlossenen Röhre auf die Resonanzlänge langsam variiert werden.

Funktionsweise

Die Trillerpfeife dient als Schallquelle. Von der Trillerpfeife gehen Wellen mit einer bestimmten Frequenz aus, die in die Röhre gelangen. Die von der Trillerpfeife ausgehenden Schallwellen werden am Abstimmungsschieber reflektiert. Die einlaufende und die reflektierte Welle mit gleicher Frequenz um Amplitude überlagern sich und es kommt zur Ausbildung von stehenden Schallwellen. Sichtbar wird dies am verwendeten Korkpulver. Das Korkpulver gerät an den Stellen in eine sichtbare Bewegung, an denen eine intensive Bewegung der Luftteilchen stattfindet (Bewegungsbauch). An den Bewegungsknoten bleibt das Korkpulver in Ruhe.

Stehende Wellen bilden sich aus, wenn die Resonanzbedingung für die Länge l der in der Röhre schwingenden Luftsäule und für die Wellenlänge λ des Schalls erfüllt ist (n = 1,2,...), d.h. es gilt:

1. für eine Reflexion am offenen Ende mit einem Schwingungsbauch $l=n\cdot \lambda /2$ und

1. für eine Reflexion am geschlossenen Ende mit einem Schwingungsknoten $l=(2n+1)\cdot \lambda /4$.

Mithilfe der Schwingungsknoten lässt sich außerdem die Wellenlänge bestimmen. Genauer lässt sich die Wellenlänge berechnen aus der Anzahl n der Schwingungsknoten und dem Abstand a zwischen dem ersten und letzten Schwingungsknoten:

$\lambda =2\cdot a/(n-1)$

Experimente

- Kundt'sches Rohr mit unterschiedlichen möglichen Schaltquellen: Trillerpfeife, Stimmgabel oder Druckkammerlautsprecher mit Sinusgenerator

Kompletter Versuchsaufbau zum Kundt'schen Rohr

Wichtige Daten

Sammlungsposition	Mechanik-Schrank
Hersteller	3B Scientific
Länge der Röhre	600 mm
Außendurchmesser	20 mm
Innendurchmesser	17 mm
Abstimmschieber	280 mm $\times$ 3 mm Durchmesser

Betriebsanweisungen

Nachfolgend sind einige Sicherheitshinweise des Herstellers aufgelistet:

• Glasröhre bruchsicher aufbewahren
• Glasröhre keinen mechanischen Belastungen aussetzen
• Abstimmschieber beim Ein- bzw. Ausschieben nicht verkanten
• Gerät nicht mehr benutzen, wenn Beschädigungen am Glaskörper vorhanden sind
• Gerät vor Feuchtigkeit und Staub schützen

Bedienungsanleitung des Herstellers

• Bedienungsanleitung 3B Scientific Physics

Fotos

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       Kompletter Versuchsaufbau zum Kundt'schen Rohr
  

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       Zubehör zum Kundt'schen Rohr.
  

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       Spuren der stehenden Welle im Korkmehl.
  

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       Spuren der kleineren stehenden Welle im Korkmehl.
  

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       Spuren der Lamelle im Korkmehl.
  

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       Befestigung des Lautsprechers.
  

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       Befestigung des Abstimmungsschiebers
  

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       Aufbau zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in einem Metallstab.
  

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       Befestigung des Metallstabs.
  

Literatur

https://www.3bscientific.de/kundt-sches-rohr-1000814-u8432845-3b-scientific,p_837_14320.html%7C}https://www.leifiphysik.de/akustik/schallgeschwindigkeit/versuche/messung-der-schallgeschwindigkeit-nach-kundt%7C}https://de.wikipedia.org/wiki/Kundtsches_Staubrohr%7C} Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0