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 Betreff des Beitrags: Schalldruck in Festkörpern
BeitragVerfasst: So Aug 19, 2012 6:55 pm 
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Registriert: So Aug 19, 2012 6:46 pm
Beiträge: 7
Liebe Akustik-Experten

Ich habe eine Frage betr. Schalldruck in anorganischen, mineralischen Festkörpern (Kristallen), z. B. in einem Bergkristall oder Topaskristall.

Kann reiner Schalldruck (ohne andere physikalischen Einflussfaktoren wie Temperatur, Erschütterungen, Schlag, Stoss etc.) einen Kristall zerstören?

Meine Gedanken dazu, ohne meine Frage beantworten zu können:

Grundsätzlich befinden sich ja die Druckfestigkeiten von Festkörpern im Bereich von mehreren Millionen Pascal (MPa). Dies gilt auch für das amorphe Glas und ich nehme mal an, dass dies auch für die meisten Silikatmineralien gilt, selbst wenn Sie aus mineralogischer Sicht spaltbar sind (z. B. Topas oder Calcit).

Meine Annahme basierend auf meinem beschränkten Physikwissen: Schalldruck im Medium Luft ist im Alltag maximal bis einige Tausend Pascal möglich (z. B. ein Gewehr aus 1 m Entfernung: 5'000 Pa, wobei das extrem laut ist!). Mein Fazit zur Luftschall-Einwirkung auf Festkörper: Luftschall alleine kann in extrem hohen Werten niemals einen Festkörper zerstören, da deren Festigkeiten (in Pa) immer mehr als 1'000 x oder gar 10'000 x höher sind.

Irgendwo habe ich gelesen, dass bei Festkörpern die maximal erreichbare Schallintensität durch die mechanische Wechselfestigkeit (Dauerfestigkeitswert bei Mittelspannung = 0) begrenzt ist. Was bedeutet das in der Praxis? Kann man einen Festkörper durch Schall zerstören?

Es ist mir bewusst, dass man auf zwei Arten durch Schall INDIREKT Festkörper zerstören kann, aber ich schliesse diese in meiner Fragestellung aus, da es mir nicht darum geht:

1) Man bringt z. B. ein Weinglas durch eine bestimmte Tonfrequenz zum Schwingen und hält den Ton, wodurch das Glas bersten kann.

2) Man beschiesst Nierensteine mit Ultraschall, wobei die Ursache der Zerstörung nicht in erster Linie der Schall ist, sondern die durch ihn hervorgerufene Kavitation in der Flüssigkeit, in welcher der Nierenstein schwimmt (na ja, Harn oder Urin halt).

Zurück zu meiner Anfangsfrage: Kann extrem starker Schalldruck einen natürlichen kristallinen Festkörper wie einen Quarz- oder Topaskristall zerstören und wie würde man in diesem Festkörper solch starken Schalldruck erzeugen, wenn nicht über das Medium Luft oder Wasser?

Danke für eure Antworten.

KristallFelix

PS: Die Frage ist etwas theoretisch, aber wichtig für mein Verständnis einer bestimmten Situation in der Praxis.


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 Betreff des Beitrags: Kompliziert?
BeitragVerfasst: Do Aug 23, 2012 4:02 pm 
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Registriert: So Aug 19, 2012 6:46 pm
Beiträge: 7
Hallo, liebe Forumleser und -schreiber

Offenbar war meine Fragestellung etwas kompliziert...?

Eigentlich wollte ich nur wissen, ob Schalldruck einen Festkörper direkt (nicht indirekt über Resonanz oder Kavitation) zerstören kann. Dabei nahm ich als Beispiel ein natürliches kristallines Objekt, z. B. einen Bergkristall.

Wer weiss hier mehr?

Ich bin sehr dankbar um eine Antwort.

KristallFelix


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 Betreff des Beitrags: Schalldruck in Festkörpern
BeitragVerfasst: Sa Aug 25, 2012 8:38 am 
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Beiträge: 156
Wohnort: Berlin
KristallFelix hat geschrieben:
Ich wollte nur wissen, ob Schalldruck einen Festkörper direkt (nicht indirekt über Resonanz oder Kavitation) zerstören kann.
Dabei nahm ich als Beispiel ein natürliches kristallines Objekt, z. B. einen Bergkristall.
Siehe auch Posting von KristallFelix: "Schalldruck in Festkörpern - Physik Forum drillingsraum.de"
http://www.drillingsraum.de/room-forum/ ... 0#pid22080

"Nicht-tödliche Waffe - Wikipedia":
http://de.wikipedia.org/wiki/Nicht-t%C3%B6dliche_Waffe
Siehe hier unter "LRAD (Long Range Acoustic Device)" und "Infraschall".

"Mit Ultraschall in den Schädel - spiegel.de":
http://www.spiegel.de/wissenschaft/mens ... 54671.html

Beim Tunnelbau zerstört man Stein durch mechanisches Fräsen und Sprengladungen. Da man "Nierensteine" mit Schall zertümmern kann, könnte man mit der richtigen Frequenz und sehr hohem Schalldruck eventuell (!) auch einen Quarzkristall zerstören. Eine große Nähe des Tonerzeugers und genaues Zielen wird dabei sicher notwendig sein.

"Entfernen von Nierensteinen durch Schalleinwirkung?":
http://de.answers.yahoo.com/question/in ... 755AABgJmE

"Kann die Schall-Kraft ausreichen um Fels zu zerstören?"
http://www.wer-weiss-was.de/theme50/article5454017.html

Viele Grüße ebs

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 Betreff des Beitrags: Etwas konkreter
BeitragVerfasst: Mi Aug 29, 2012 9:07 am 
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Registriert: So Aug 19, 2012 6:46 pm
Beiträge: 7
Herzlichen Dank, ebs, für die Links und Antworten!

Ich versuche meine Frage nochmals weniger theoretisch und konkreter zu stellen, vielleicht ist es so einfacher, darauf zu antworten:

Meine Steinsammlung (einige Quarz- und einige Topaskristalle) sind einzeln in Kunststoffbeuteln gelagert. Lagerort: Eine Nische in der Zimmermauer, hinter einem Holzbrett über einer Schiebetür.

Kürzlich wurde in unserem Haus kräftig gedübelt, d. h. ca. 1.5 m entfernt vom erwähnten Hohlraum in der Mauer wurden Löcher in die Diele gebohrt. Dabei entstand nicht nur Lärm (Luftschall), sondern sicher auch reichlich Körperschall, welcher natürlich auch meine Steinsammlung mit voller Wucht erreichte.

Nun zur Frage:

Lange Version der Frage: Ist die Ionenbindung in den Kristallen genügend stark und deren Elastitätsgrenze genügend hoch, um durch Bohrer ausgelöstem Körperschalldruck standzuhalten? Kann solcher Schalldruck die Korngrenzen im Kristall verschieben, obwohl die einzelnen Objekte in Kunststoffbeuteln (Impedanzunterschiede Beton >> Kunststoff >> Quarz/Topas) gelagert sind und dadurch, abgesehen von den Impedanzunterschieden, den Stosswellen ein gewisser Polsterungs-/Abfederungseffekt entgegenwirkt?

Kurze Version der Frage: Kann durch Betonbohrer ausgelöster Körperschalldruck in Plastikbeuteln gelagerte Quarz- und Topaskristalle irgendwie beeinträchtigen?

Nochmals vielen Dank.

KristallFelix


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BeitragVerfasst: Fr Aug 31, 2012 6:50 pm 
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Beiträge: 156
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KristallFelix hat geschrieben:
Kann durch Betonbohrer ausgelöster Körperschalldruck in Plastikbeuteln gelagerte Quarz- und Topaskristalle irgendwie beeinträchtigen?

Angenommen ein hoher Schallpegel von 140 dB trifft direkt auf Quarz- und Topaskristalle, egal ob Körperschall oder Luftschall, dann ist für mich keine Beeinträchtigung der Mineralienstruktur denkbar. Vorstellbar wäre jedoch, dass hoher Schallpegel aneinder-stoßende Kristalle mechanisch beschädigen kann.

Über wissenschaftliche Suchmaschinen an Information zu kommen, war nicht erfolgreich; siehe:
http://www.scirus.com/srsapp/search?q=minerals+destroyed+by+noise
http://www.scirus.com/srsapp/search?q=minerals+destroyed+by+sound

http://scholar.google.com/scholar?hl=en&q=minerals+destroyed+by+noise
http://scholar.google.com/scholar?hl=en&q=minerals+destroyed+by+sound

Dann gibt es noch die: "Online JOurnals Search Engine (OJOSE)":
http://ojose.com/ojose_home.html

Vielleicht fallen einem noch prägnantere hilfreiche Worte ein, die man in diesem speziellen Fall in diese Suchmaschinen eingeben könnte.

Viele Grüße ebs
"Forum für Mikrofonaufnahmetechnik und Tonstudiotechnik":
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 Betreff des Beitrags:
BeitragVerfasst: Sa Sep 01, 2012 6:39 am 
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Beiträge: 7
Danke, ebs!

Ich habe ca. 10 Festkörperphysiker an diversen europäischen Universitäten auf Dr. Professorenstufe angeschrieben und inzwischen drei Antworten auf meine Frage erhalten, welche ich euch nicht vorenthalten möchte:

1. Antwort: mit bezug auf Ihre Frage ob durch Bohrvorgänge erzeugte akustische bzw. mechanische Wellen die auf atomarer Ebene die Strukturen verändern und Defekte in Ihren gelagerten Quarz bzw. Topaskriostallen generieren kann ich Sie beruhigen, dass der Energieeintrag ziemlich sicher weiter unterhalb dessen liegt wo mechanisch-induzierte Änderungen der Kristallstruktur auf atomarer Ebene erfolgen. Gerade bei Quarz kennen wir derartige Defektbildungen eigentlich nur im Zusammenhang mit Meteoritenimpakten oder Nukleardetonationen, also ganz anderen Grössenordnungen von Energieeinträgen. Geringfügige mechanische und auch akustische Belastung wie z.B. durch Schallwellen im Zusammenhang mit Bohrvorgängen, liegen für Silikatminerale wie Quarz und Topas ganz sicher im sogenannten "elastischen Regime", innerhalb dessen die chemischen Bindungen des bestehenden Strukturverbundes die mechanische Verschiebung der Atome tolerieren können, und damit die Struktur unverändert bleibt. Es durchläuft also die Schallwelle den Kristall ohne Auswirkungen auf die Kristallstruktur, und sollte auch Ihre Topase, die bekanntlich relativ leicht senkrecht zu c-Achse spalten, diesbezüglich unbehelligt lassen. Sollten Ihre Kristalle als Sammlerobjekt keine Einzelkristalle sein sondern Bestandteil einer Mineralstufe, so können jedoch mechanische Belastungen in dieser Grössenordnung durchaus dazu führen, dass die Korngrenzen zwischen einzelnen Kristalliten als Schwächezonen zum Adhäsionsverlust führen und einzelne Kristalle damit nicht mehr im Verbund stehen, quasi lose werden. Aber das betrifft eben nur den Verbund zwischen Kristallen, und nicht die mechanischen Eigenschaften des Kristalles selbst, nach denen sie nachgefragt haben.

2. Antwort: durch Schall werden in Kristallen in der Regel nur Bindungsschwingungen hervorgerufen, aber keine Bindungbrüche, die höhere Energien von ca. 1 eV erfordern.

3. Antwort: Ich moechte Sie gleich beruhigen, dass es keine Gefahr fuer Ihre Mineralien beim Duebeln in Ihrem Haus gab. Die Schallwellen, die bei einem solchen Prozess entstehen, haben eine zu niedrige Energie, um Veraenderungen wie eine Abfederung zu verursachen. Fuer das Entstehen von Stosswellen muss man mit Ueberschallgeschwindigkeit zu tun haben. Bei der gegebenen Vibration koennten die schwache Kristallen oder Drusen mechanisch beschaedigt wurden, aber Sie schreiben, dass es nicht der Fall ist.

KF


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BeitragVerfasst: Sa Sep 01, 2012 9:51 am 
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Beiträge: 156
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Das sind jedenfalls "beruhigende" Antworten von Festkörperphysikern. Der Lärm eines Presslufthammers dicht neben Quarzkristallen reicht also nicht aus, um deren Kristallstruktur (Korngrenzen) bleibend zu verändern. Dank an KristallFelix, diese interessante Frage gestellt und uns über die Antworten der Spezialisten informiert zu haben.

Viele Grüße ebs

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BeitragVerfasst: Sa Sep 01, 2012 7:30 pm 
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Registriert: So Aug 19, 2012 6:46 pm
Beiträge: 7
Ebs1 hat geschrieben:
Das sind jedenfalls "beruhigende" Antworten von Festkörperphysikern. Der Lärm eines Presslufthammers dicht neben Quarzkristallen reicht also nicht aus, um deren Kristallstruktur (Korngrenzen) bleibend zu verändern. Dank an KristallFelix, diese interessante Frage gestellt und uns über die Antworten der Spezialisten informiert zu haben.

Viele Grüße ebs



Danke. Was ich noch sagen wollte: Es waren übrigens nicht 10, sondern nur 6 Leute, welche ich angeschrieben hatte. Und es waren Professoren aus verschiedenen Teilbereichen innerhalb der Festkörperphysik. Nur, dass ich nicht verdächtigt werde, die wertvolle Zeit von Professoren zu strapazieren. Ich bin sehr dankbar um die Antworten (falls hier ein Professor zufällig mitlesen sollte :-).


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