Quelltext der Seite Eine Disk als Alarmanlage


== Thema ==
Beim GYPT 2022/2023 gab es die Aufgabe 03 Siren, die wie folgt lautete: 

"If you direct an air flow onto a rotating disk with holes, a sound may be heard. Explain this phenomenon and investigate how the sound characteristics depend on the relevant parameters." 

Es entsteht also ein Ton, wenn ein Luftstrom auf eine rotierende Scheibe/Disk mit Löchern trifft. Dieses Phänomen einer Tonerzeugung soll erklärt und untersucht werden, außerdem, wie die Toneigenschaften von den relevanten Parametern abhängen. 

== Theorie ==
Eine Tonerzeugung kann beobachtet werden, wenn ein Luftstrom auf eine rotierende Scheibe mit Löchern, den sogenannten Bohrungen, trifft. 

Ein Ton entsteht durch Schallwellen, die von einer Schallquelle erzeugt werden. Wenn ein Objekt oder ein Medium in Schwingungen versetzt wird, breiten sich diese Schwingungen als Schallwellen durch dieses aus. 

Obertöne 

Der Ton ist aus Obertönen zusammengesetzt. Die Höhe der Obertöne beeinflusst die hörbare Tonfrequenz. 

$$f_{ton}=f_{dreh} \cdot n$$

Dabei ist ''f<sub>ton</sub>'' die Tonfrequenz, ''f<sub>dreh</sub>'' die Rotationsfrequenz der Scheibe und ''n'' die Anzahl der Bohrungen auf einem der konzentrischen Kreise. 

Die Tonfrequenz ''f<sub>ton</sub>'' ist proportional zur Rotationsfrequenz ''f<sub>dreh</sub>'' der Scheibe. Der Proportionalitätsfaktor ''n'' muss experimentell ermittelt werden.

UMFORMULIEREN MIT N 
==Aufbau==
==== <u>Materialien</u> ====
[[Datei:Bohrschablone.png|mini|313x313px|Abbildung 1: Bohrschablone]]

===== Software =====

* Zeichenprogramm (wie zum Beispiel AutoCAD)
* Phyphox

===== Geräte und Hilfsmittel =====

* Elektromotor
* Scheibe
* Kompressor
* Druckluftpistole
* Magnet



Erst wird eine Bohrschablone erstellt (Abbildung 1). Um eine möglichst regelmäßige Bohrschablone zu erstellen, wird ein Zeichenprogramm, wie zum Beispiel AutoCAD verwendet. Damit wurde eine Schablone mit 8 Bohrungen pro Kreis erstellt, die in 4 konzentrischen Kreisen angeordnet sind (siehe Abbildung 1). Die Parameter der Scheibe sind die konzentrischen Kreise, beziehungsweise deren Durchmesser, die Anzahl der Bohrungen und deren Durchmesser. Die Anordnung der Bohrungen ist symmetrisch.



==== <u>Versuchsaufbau</u> ====
[[Datei:Aufbau des Versuches.png|mini|330x330px|Abbildung 2: Aufbau]]

Das ist der Aufbau für die Messungen vom Versuch (Abbildung 2). Ein Elektromotor erzeugt die Rotation. Die erstellte Bohrschablone ist an diesem befestigt. Die Anordnung der Bohrungen auf den konzentrischen Kreisen der Scheibe ist bei diesem Versuch symmetrisch. An dem Kompressor ist eine Druckluftpistole mit einem Schlauch (blau) angeschlossen. Aus dieser kommt ein Luftstrom.







==Daten==
Die Messungen wurden alle mit der App Phyphox durchgeführt.

==== <u>1. Messung</u> ====
[[Datei:Messung 1.png|zentriert|mini|487x487px|Abbildung 3: Messung]]
Es wurde eine Messung mit der App Phyphox durchgeführt, bei der 10 Messwerte aufgenommen wurden.

In Abbildung 3 sind die Ergebnisse der Messung der Tonfrequenzen in Abhängigkeit von der Rotationsfrequenz der Scheibe dargestellt. Es ist ein linearer Zusammenhang zwischen der Rotations- und der Tonfrequenz zu beobachten, da der Graph monoton steigt bzw. eine lineare Funktion (Steigung m=8,1 und Ordinatenabschnitt n=0) ist.

Aus dem Anstieg des Graphen kann gemäß der Formel ''f<sub>ton</sub>'' = ''f<sub>dreh</sub>'' x ''n'' eine Steigung von 8,1 (Größe der Dimension Eins) berechnet werden.


==== <u>2. Messung</u> ====
[[Datei:Messung 2.png|mini|296x296px|Abbildung 4: Messung 1]]
[[Datei:Messung 3.png|mini|293x293px|Abbildung 5: Messung 2]]

Es wurden Messungen mit der App Phyphox durchgeführt, bei denen das Audio Spektrum von den verschiedenen konzentrischen Kreisen aufgenommen wurde. 
[[Datei:Messung 4.png|mini|295x295px|Abbildung 6: Messung 3]]









==Fazit==
In diesem Projekt wurde die Erzeugung von Tönen durch eine rotierende Scheibe mit konzentrischen Bohrlöchern untersucht. Ein Luftstrom wurde durch die Scheibe geleitet. Für die Untersuchung wurden die Rotationsfrequenzen experimentell ermittelt. Die oben beschriebenen Parameter waren bei dem in dieser Arbeit vorgestellten Experiment unverändert, können aber prinzipiell auch variiert werden. Die Folgen der Parametervariation sind noch zu untersuchen.

WELCHE PARAMETER? 

ANZAHL DER BOHRUNGEN -> Hast du nicht untersucht 

ABSTAND DER LÖCHER VOM MITTELPUNKT DER SCHEIBE  -> UNTERSUCHT -> KEIN EINFLUSS (DATEN)  

ROTATIONSFREQUENZ -> PROPORTIONAL ZUR TONFREQUENZ -> DATEN  

Herausgefunden wurde, dass zwischen der Rotationsfrequenz der Scheibe und der Frequenz der erzeugten Töne ein linearer Zusammenhang besteht.

==Erfolge==
Jugend forscht: 3. Platz Regionalwettbewerb Berlin Mitte (Physik)
==Quellen==
https://www.gypt.org/aufgaben/03-siren.html