Eine selbstgebaute Lochsirene

Löcher in eine Pappscheibe stanzen und diese auf einen Motorachse stecken: fertig ist eine Lochsirene.

Mit einer Lochsirene lassen sich Töne erzeugen, die wir hören können.Töne, Geräusche, Klänge sind verschiedene Namen für den Schall. Betrachtet man Schall einmal streng physikalisch, dann ist er nichts anderes als eine mechanische Welle, die sich in der Luft ausbreitet. Dabei kommt es zu Schwankungen des Luftdrucks. Diese Schwankungen pflanzen sich im Raum als eine Welle fort.

Durch eine Welle wird Energie (diese nennt man beim Schall die "Schallenergie") übertragen, aber keine Materie. Die stehende Luft im Raum befindet sich nach einem Schallereignis am gleichen Ort wie vorher. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Schallwellen bewegen, nennt man Schallgeschwindigkeit. Schall breitet sich in alle Richtungen des Raumes aus.

Um Schall zu erzeugen, muß also Luft abwechselnd verdichtet und verdünnt werden. Jedes Musikinstrument, welches konstante Töne erzeugen kann, arbeitet nach diesem Prinzip. Die gezupfte Saite einer Gitarre schwingt periodisch hin und her und regt damit die umgebende Luft zu Schwingungen an.

Wie funktioniert eine Lochsirene?

Bei einer Lochsirene sind Löcher auf einer Scheibe auf dem gleichen Radius angebracht. Ein kräftiger Luftstrom bläst gegen die Scheibe und wird abwechselnd durch die Löcher gelassen oder trifft auf die Scheibe. Dies genügt, um periodische Schwankungen des Luftdrucks zu erzeugen.

Eine Lochsirene bauen geht einfach:

1. Aus Pappe wird eine runde Scheibe geschnitten. Auf einem kleineren Durchmesser (mit Zirkel anzeichnen) werden alle 30° Löcher mit der Lochzange geschnitten. Auf einem weiteren Durchmesser werden alle 15° Löcher geschnitten. Ideal wäre es, weitere Scheiben vorzubereiten, die die Kinder selbst (mit variierten Lochabständen) vorbereiten können.
2. In der Scheibenmitte wird ein kleines Holzklötzchen aufgeklebt, in das mit dem Nagelbohrer ein Loch gebohrt wird (darauf achten, daß man das Loch wirklich im Zentrum der Scheibe anbringt). Das Loch soll so groß sein, daß man es straff auf die Achse eines kleinen Elektromotors stecken kann. Kleine Elektromotoren kann man aus defekten CD- (oder DVD) Laufwerken (CD-ROM Laufwerk, CD-Player) ausbauen oder für wenige Euro im Bastlerladen kaufen.
3. Ein dünnes Röhrchen dient zum Anblasen der Lochsirene, wir haben aus Mangel an etwas besseren einen Trinkhalm benutzt. Die Luftaustrittsöffnung ist eigentlich zu groß für diese Versuche, wenn man mit der Kraft der eigenen Lunge pustet, aber es funktioniert auch.

Die Tonhöhe (Physiker nennen sie "Frequenz") kann von verschiedenen Parametern beeinflußt werden. Man kann die Geschwindigkeit des Elektromotors durch eine höhere angelegte Spannung erhöhen, man kann aber genauso die Rotationsgeschwindigkeit der Sirene gleich lassen, aber die Anzahl der Löcher erhöhen. Dies kann man testen, wenn man zwischen den zwei Lochkreisen wechselt. Da der zweite, innere Kreis doppelt so viele Löcher hat, wird bei ihm die Frequenz doppelt so hoch wie beim ersten Lochkreis.

Interessant für Kinder sind Versuche mit selbst gewählten Löchern:

• Was passiert, wenn die Löcher unregelmäßig angeordnet sind?

• Was passiert, wenn die Dichte der Löcher auf einem Kreis erst zu- und dann wieder abnimmt?

• Was passiert, wenn drei (oder mehr) Löcher dicht beeinander stehen, gefolgt von einer gleich großen "Lücke" (ohne Löcher), wieder gefolgt von mehreren dicht angeordneten Löchern?

In der Akustik, der Wissenschaft, die sich mit der Erzeugung, Ausbreitung und Beeinflussung von Schall beschäftigt, spielt neben der Tonhöhe auch noch der Klang eine Rolle. Der Klang einer Saite einer Gitarre kann sich unterschiedlich anhören, obwohl es sich um denselben Ton handelt. Dafür sind sogenannte "Oberwellen" (mehrfache der Frequenz der Grundwelle) verantwortlich.

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