Aufbau und Durchführung
Der Versuchsaufbau in Abb. 1 ermöglicht die Messung der Frequenz, die ein gleichförmig bewegter Empfänger bei ruhendem Sender registriert.
Ein Funktionsgenerator liefert eine sinusförmige Wechselspannung im Bereich von \(50\) bis \(150\,\rm{kHz}\). Der Generator treibt nach einer Verstärkung den Ultraschalllautsprecher (Sender).
Der passende Empfänger für Ultraschall wird auf einem Wagen über einen Motor gleichförmig bewegt. Der Wagen mit kugelgelagerten Rädern ist über eine dünne Schnur zwischen Motor und einem Gegengewicht eingespannt. Das ermöglicht die Umkehr der Bewegungsrichtung. Über den Umschalter lässt sich die Richtung der Bewegung ändern. Das Display des Mobile Cassy zeigt die über einen Bewegungsmesswandler erfasste Geschwindigkeit des Wagens. Der Maßstab ermöglicht den Vergleich mit der digital gemessenen Geschwindigkeit.
Das vom Empfänger registrierte Signal wird über einen Verstärker mit Hochpassfilter auf den Frequenzzähler geleitet.
Abb. 1 Doppler-Effekt (bewegter Empfänger) (© 2021, AG Didaktik der Physik, Freie Universität Berlin)
Beobachtung
Aufgabe
Führe das Experiment durch, indem du im IBE links unten den Umschalter betätigst.
Lies im IBE die folgenden Größen ab:
- Die Frequenz \(f\) des gesendeten Ultraschallsignals auf \(5\) gültige Ziffern.
- Die Geschwindigkeit \(v_{\rm{E}}\) des Empfängers
- Die Frequenz \({f'_3}\) des empfangenen Ultraschallsignals beim Annähern des Empfängers zum Sender auf \(5\) gültige Ziffern
- Die Frequenz \({f'_4}\) des empfangenen Ultraschallsignals beim Entfernen des Empfängers vom Sender auf \(5\) gültige Ziffern
Auswertung
Aufgabe
Bestimme sowohl für das Annähern als auch für das Entfernen des Empfängers die Schallgeschwindigkeit in Luft.
Interpretiere die Genauigkeit der Ergebnisse.