Wenn Sie die Thermosflasche an Ihr Ohr halten, ertönt ein summendes Geräusch. Welche mysteriöse Substanz befindet sich darin?

Als Kind ging ich mit meinen Eltern ins Einkaufszentrum, um Thermosflaschen auszusuchen. Ich habe folgende Erfahrung gemacht: Ich habe in den Innenbeutel der Thermosflasche gepustet und den Beutel an mein Ohr gehalten. Wenn ein deutliches Summen zu hören war, bedeutete dies, dass die Einlage über gute Wärmespeichereigenschaften verfügte.

Diese Methode ist sehr praktisch, aber haben Sie jemals darüber nachgedacht, warum? Welche wissenschaftliche Begründung steckt dahinter?

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Die Entstehung von Schallwellen und Resonanzphänomenen

Um diese Frage zu verstehen, müssen wir zunächst verstehen, wie Schallwellen erzeugt werden und was das Resonanzphänomen ist.

Schallwellen sind mechanische Wellen, die durch die Vibration von Objekten entstehen . Schall breitet sich durch ein Medium (wie etwa Luft, Wasser oder Feststoffe) aus. Wenn die Schallquelle vibriert, entstehen in dem Medium Kompressions- und Verdünnungsbereiche, die Schallwellen erzeugen. Die Frequenz einer Schallwelle bestimmt die Tonhöhe, die wir hören, während die Amplitude der Schallwelle die Lautstärke des Tons bestimmt.

Stimmgabelresonanz

Das **Resonanzphänomen bezieht sich auf das Phänomen, dass ein Objekt Schwingungen mit großer Amplitude erzeugt, wenn es externen Schwingungen mit der gleichen oder einer ähnlichen Frequenz ausgesetzt wird. **Resonanzphänomene kommen im täglichen Leben sehr häufig vor. Wenn wir beispielsweise eine Saite einer Gitarre zupfen, vibriert nicht nur die Saite selbst, sondern auch andere Saiten, die auf die Saite gestimmt sind, schwingen mit, wodurch ein Ton entsteht. Auch das summende Geräusch einer Thermoskanne ist das Ergebnis eines Resonanzphänomens.

Die Ursache für das summende Geräusch der Thermoskanne

Wir wissen, dass der Grundaufbau einer Thermosflasche aus einer Außenhülle, einem Flascheninnenbehälter und einem Flaschenverschluss besteht. Der Flaschenkern ist das Herzstück der Thermoskanne und besteht in der Regel aus doppelschichtigem Glas mit einer Vakuumschicht in der Mitte. Dieses Design kann Wärmeleitung und Wärmekonvektion wirksam blockieren und so die Temperatur der Flüssigkeit in der Flasche aufrechterhalten. Die doppelschichtige Struktur der Flasche kann nicht nur warm halten, sondern auch Außengeräusche isolieren.

Der Grundaufbau einer Thermoskanne

Lassen Sie uns zunächst besprechen, warum Sie ein konstantes Summen hören, wenn Sie in eine Wärmflasche blasen und diese an Ihr Ohr halten. Dies liegt daran, dass die Luft in der Flasche vibriert, wenn wir blasen. Diese Schwingung bildet unter den spezifischen räumlichen Bedingungen der Thermoskanne eine stehende Welle mit einer spezifischen Frequenz, und diese stehende Welle ist die Quelle des Schalls. Tatsächlich kann jeder Behälter, der eine „Luftsäule“ enthält, auf diese Weise Töne erzeugen , und viele Blasinstrumente erzeugen Töne auf der Grundlage dieses Prinzips.

Warum also erzeugt ein Liner mit besseren Wärmedämmeigenschaften einen lauteren und länger anhaltenden Ton? Dazu müssen wir die Unterschiede zwischen Thermosflaschen mit guter Wärmedämmleistung und Thermosflaschen mit schlechter Wärmedämmleistung vergleichen. Die wärmespeichernde Wirkung einer Thermosflasche hängt hauptsächlich von der isolierenden Wärmeleitung ab: Die Innenauskleidung besteht aus zwei Schichten, einer inneren und einer äußeren Schicht, und zwischen diesen beiden Schichten wird so weit wie möglich ein Vakuumzustand gebildet. Je höher der Vakuumgrad, desto besser die Wärmedämmwirkung . Auf diese Weise ist das Phänomen des „lauten und anhaltenden Klangs“ leicht zu verstehen, da das Vakuum zwischen der inneren und äußeren Schicht nicht nur die Wärmeleitung blockiert, sondern auch die Energiedissipation stehender Wellen in der „Luftsäule“ stark reduziert. Stehende Wellen mit geringerer Energiedissipation erzeugen natürlich lautere und länger anhaltende Geräusche.

Kommen wir nun zur ursprünglichen Frage zurück: Warum hören wir ein summendes Geräusch, wenn wir eine Thermoskanne mit guter Wärmespeicherleistung an unser Ohr halten, auch wenn keine Luft hineingeblasen wird? Dies liegt daran, dass die Luftsäule in der Thermoskanne das „weiße Rauschen“ aus der umgebenden Luft auswählt. Tatsächlich vibriert die Luft um uns herum ständig und erzeugt Geräusche, aber diese Vibration hat keine feste Frequenz und ist eine Art „weißes Rauschen“, das keine Informationen enthält. Die Luftsäule in der Thermoskanne hat eine Filterwirkung auf dieses weiße Rauschen und kann den Ton auswählen, der der Eigenfrequenz der „Luftsäule“ entspricht . Gemäß der vorherigen Einführung tritt Resonanz auf, wenn ein Objekt externen Vibrationen ausgesetzt wird, die seiner Eigenfrequenz entsprechen oder dieser nahe kommen. Daher ist das summende Geräusch, das wir hören, das Ergebnis einer Resonanz . Dabei spielt weißes Rauschen eine ähnliche Rolle wie „Pusten“ . Da der von der „Luftsäule“ erzeugte Ton jedoch sehr schwach ist, können wir diesen schwachen Ton nur hören, wenn die Thermoskanne die Energie langsamer ableitet und eine bessere Wärmespeicherleistung aufweist.

Andere Resonanzphänomene im Leben

Ich glaube, viele von uns haben als Kinder, als wir an den Strand fuhren, von ihren Eltern gehört: „Halte eine Muschel an dein Ohr, und du kannst das Rauschen des Meeres hören.“ Warum also geben Muscheln am Strand das Geräusch des Ozeans von sich? Woher kommen diese Geräusche?

Tatsächlich wird dieses Phänomen als „ Schalenresonanz “ bezeichnet und sein Prinzip ist eigentlich dasselbe wie das Prinzip, das eine Thermoskanne zum Summen bringt. Um es in einem Satz zusammenzufassen: Der Lärm um die Ohren wird durch die Muscheln verstärkt . Normalerweise befinden wir uns in einer Umgebung, die von verschiedenen Geräuschen umgeben ist: dem Rauschen des Windes, dem Summen elektronischer Geräte, dem Geräusch vorbeifahrender Autos usw. Alle diese Geräusche um uns herum summieren sich zu einem Rauschen mit einer festen Frequenz – dem weißen Rauschen.

Da weißes Rauschen überall vorhanden ist, filtert unser Gehirn es automatisch heraus und unsere Ohren gewöhnen sich automatisch daran, sodass wir die meisten Geräusche nicht hören können. Wenn die Frequenz der Vibration oder des Schalls von außerhalb der Schale mit der Eigenfrequenz der Schalenhöhle übereinstimmt, tritt Resonanz auf und verstärkt den Schall.

Wenn wir unsere Ohren mit Muscheln bedecken, entsteht ein Resonanzraum. Je nach Form und Größe der Schale werden Töne bestimmter Frequenzen verstärkt . Die Schale fängt die Schallwellen um die Ohren herum ein und erzeugt im Inneren Resonanzen, sodass wir die Geräusche um uns herum hören oder die Umgebungsgeräusche verstärken können. Da die Luft im Inneren der Muschel unregelmäßig vibriert, ähnelt der Resonanzklang dem Klang von Wellen , sodass die Menschen die schöne Illusion haben, es handele sich um das Rauschen des Meeres. Tatsächlich hat das Meeresrauschen in der Muschel nichts mit dem Meer zu tun.

Planung und Produktion

Quelle: Populäre Wissenschaft der Physik (ID: lxcp_cstam)

Herausgeber: Zhong Yanping

Korrekturgelesen von Xu Lailinlin

Das Titelbild und die Bilder in diesem Artikel stammen aus der Copyright-Bibliothek

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