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Nachweis des Schallstrahlungsdrucks in Luft mit einer Kerzenflamme

Akustik Ak 2.1 Versuch 1.6

Einführung

Das vom Ultraschallkopf in Luft erzeugte Schallfeld erzeugt einen Schallstrahlungsdruck, auch als "Quarzwind" bezeichnet. Er bewirkt z.B. das Neigen und Flackern einer Kerzenflamme und lässt sich auf diese Weise nachweisen.

Material

Dreifuß
Stativstange, l = 150 mm
Doppelmuffe
Stearinkerzen, d = 12 mm, 20 Stück
Kerzenhalter
Ultraschallgenerator

Versuchsaufbau Versuchsaufbau s. Abb. 6 (Ultraschallgenerator Betriebsart: Sinus) Der Ultraschallkopf ist höhengleich zur Kerzenflamme justiert und hat von ihr einen Abstand von etwa 2 cm. Durchführung Die Kerzenflamme wird beobachtet, während die Amplitude des Ultraschallgenerators einige Male bis zum Maximalwert hoch- und wieder heruntergedreht wird.

Abb. 6

Dabei ist zu beachten, dass der Generator weniger als eine Minute mit einer Amplitude im schraffierten Bereich betrieben wird. Andernfalls kann der Schallkopf durch Eigenerwärmung zerstört werden.

Ergebnis

Die senkrecht nach oben gerichtete Kerzenflamme neigt sich bei hoher Generatoramplitude aufgrund des Schallstrahlungsdrucks vom Schallkopf weg und beginnt zu flackern.

Anmerkung

Der Schallstrahlungsdruck in Luft, auch als Quarzwind bezeichnet, kommt durch das unterschiedliche Strömungsverhalten der Luft in der Nähe der schwingenden Stirnfläche des Generators zustande.

Während in einer Schwingungsphase die Stirnfläche die benachbarten Luftteilchen vorwiegend senkrecht zur Fläche wegstößt (Abb. 6a), wird in der nächsten Phase beim Rückgang der Fläche die vorher weggestoßene Luft

Abb. 6a,b

nicht vollständig zurückgesaugt, sondern neue Luft strömt von den Seiten heran (Abb. 6b). Damit ergibt sich im zeitlichen Mittel eine Luftströmung in Richtung der Flächennormale.