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Physikalisches Phänomen -

Ultraschall und Fledermaus

ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Landeswettbewerb Jugend forscht

SAARLAND

DEUTSCHEGESELLSCHAFT FÜRZERSTÖRUNGSFREIEPRÜFUNG E.V.

Jugend forscht 2010

Louisa Gerhard

Schule:

Albert Schweitzer GymnasiumKarcherstraße 266763 Dillingen

SchülerSchülerSchülerSchüler experimentieren 2010

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1 Inhalt

2 EINLEITUNG 3

2.1 KURZFASSUNG 3 2.2 THEMENWAHL 3

3 DIE FLEDERMAUS 4

3.1 BESCHREIBUNG 4 3.2 AUFBAU DER FLEDERMAUS 5 3.3 INFORMATION FLEDERMAUS – ULTRASCHALL 5 3.4 ECHOORTUNGSSYSTEM 6

4 ULTRASCHALL 7

4.1 DEFINITION 7 4.2 FREQUENZ 7 4.2.1 MERKMALE VON WELLEN 7 4.3 DOPPLEREFFEKT 8

5 BASISVORAUSSETZUNG 8

5.1 FORMEL ZUR BERECHNUNG DES ABSTAND 8 5.2 FORMELN ZUR BERECHNUNG DER FLÄCHE EINER HALBKUGEL UND EINES KEGELS 8 5.3 ULTRASCHALLBAUSATZ 9 5.4 VERSUCHSAUFBAU UND BENÖTIGTE MESSGERÄTE 10 5.5 EINSTELLUNG DER MESSGERÄTE 11 5.6 EICHEN DER VERSUCHSSCHALTUNG 11 5.6.1 ÜBERLEGUNG 11 5.6.2 FEHLERZEITBESTIMMUNG UND EICHERGEBNIS 12 5.6.3 GRUNDRAUSCHEN 13 5.6.4 ERKLÄRUNG DER FEHLERZEITMESSUNG 13

6 VERSUCHSBESCHREIBUNGEN 14

6.1 VERSUCH ZUR BESTIMMUNG DES ABSTANDES 14 6.1.1 ÜBERLEGUNG 14 6.1.2 ERGEBNIS DES VERSUCHS 14 6.2 VERSUCH OBERFLÄCHENFARBE 15 6.2.1 ÜBERLEGUNG 15 6.2.2 ERGEBNIS 15 6.3 VERSUCH VERSCHIEDENE OBERFLÄCHENSTRUKTUREN 16 6.3.1 ÜBERLEGUNG 16 6.3.2 ERGEBNIS 16 6.4 VERSUCH MIT VERSCHIEDENEN MATERIALSTRUKTUREN 18 6.4.1 ÜBERLEGUNG 18 6.4.2 ERGEBNIS 18 6.4.3 MATERIAL BAUMWOLLTUCH MIT PRALLPLATTE 0CM/10CM ABSTAND ZUM TUCH 19

Physikalisches Phänomen – Ultraschall und Fledermaus von Louisa Gerhard

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6.5 VERSUCH ERMITTLUNG ABSTAND ZWISCHEN ZWEI OBJEKTEN 20 6.5.1 ÜBERLEGUNG 20 6.5.2 ERGEBNIS PLATTE 10CMX10CM VOR PLATTE 30CMX30CM 20 6.6 VERSUCH ERKENNUNG GEOMETRISCHE FORM 21 6.6.1 ÜBERLEGUNG 21 6.6.2 ERGEBNIS VERGLEICH KEGEL – HALBKUGEL 21 6.7 VERSUCH BEWEGTES OBJEKT 22 6.7.1 ÜBERLEGUNG 22 6.7.2 ERGEBNIS 22 6.8 VERSUCH ABLENKUNG DURCH LUFT 23 6.8.1 ÜBERLEGUNG 23 6.8.2 ERGEBNIS 24 6.9 VERSUCH ERKENNUNG DER OBJEKTGRÖßE DURCH AMPLITUDENHÖHE 25 6.9.1 ÜBERLEGUNG 25 6.9.2 ERGEBNIS 25

7 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE 26

7.1 ERGEBNISSE BEZOGEN AUF DIE VERSUCHSSCHALTUNG 26 7.2 SCHLUSSWORT ÜBER FLEDERMÄUSE 26

8 ANHANG 27

8.1 DATENBLATT US-BAUSATZ 27 8.2 DATENBLATT US-SENSOREN 29


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2 Einleitung

2.1 Kurzfassung In der Sommerakademie dieses Jahres behandelten wir das Thema Bionik. Den Vortrag über Ultraschall im Zusammenhang mit Fledermäusen fand ich so interessant, dass ich im Internet weitere Informationen über dieses Thema suchte. Da ich schon öfter bei dem Wettbewerb Schüler experimentieren teilgenommen habe, hielt ich dieses Thema passend, um eine weitere Teilnahme bei Schüler experimentieren möglich zu machen. Bei meinen Versuchen möchte ich herausfinden, wie man mit einem Ultraschallsender und - Empfänger die Entfernung eines bestimmten Objekts messen kann. Dazu verwende ich einen Bausatz, auf dem ein Sender und ein Empfänger integriert sind. Mit diesem Ultraschallbausatz kann ich Gegenstände, die zwischen 10 und 80 cm entfernt sind erkennen. Bei meinen Recherchen über das Thema Ultraschall bin ich auf den Begriff “Dopplereffekt“ gestoßen. Diesen physikalischen Effekt möchte ich mit meinen Versuchen erklären. Außerdem möchte ich erforschen, wie die Fledermaus den Ultraschall zur Nahrungssuche nutzten kann.

2.2 Themenwahl Als ich vor zwei Jahren ein Thema für Schüler experimentieren gesucht habe, fiel mir das Thema Fledermäuse in die Hände. Ich war schon sehr oft mit dem Fledermausexperten Markus Utesch auf einer Fledermauswanderung, und mir gefiel dieses Thema so gut, dass ich es als Thema für Schüler experimentieren bearbeiten wollte. Jedoch war ich damals erst in der 3. Klasse, und somit war dieses Thema etwas zu schwierig für mich. Also ging ich noch öfter bei Fledermauswanderungen mit, und arbeitete 2 Jahre lang an diesem Thema. Nun kann ich es durchführen. Ich will mit meinen Versuchen herausfinden, wie man mit einem Ultraschall-sensor den Abstand zu einem bestimmten Objekt messen kann. Außerdem möchte ich mit meinen Versuchen den Dopplereffekt zeigen und erklären. Des Weiteren möchte ich herausfinden, wie die Fledermaus den Ultraschall als Jagdwaffe einsetzt.


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3 Die Fledermaus

3.1 Beschreibung

Fledermäuse (lat. Microchiroptera) sind die einzigen Säugetiere, die aktiv fliegen können! Dies bereitete Naturforschern früher auch Schwierigkeiten bei der Einordnung in das zoologische System; manche hielten sie für ein „Mitteltier“ zwischen Vogel und Maus. Fledertiere besitzen jedoch ein Fell und keine Federn, haben keinen Schnabel, sondern Zähne, und sie gebären lebende Junge, die gesäugt werden. Diese Merkmale weisen sie eindeutig als Säugetiere aus. Die Flügel werden von einer zarten, aber strapazierfähigen und reich durchbluteten Flughaut gebildet, die zwischen den stark verlängerten Fingern, den Beinen und dem Schwanz aufgespannt ist. Fledermäuse fliegen also mit den Händen und gehören somit zur Ordnung der Handflügler (Chiroptera). Da sich Arme und Hände zu einem hochspezialisierten Flugapparat entwickelt haben, taugen sie wenig zum Klettern an Baumstämmen oder an Höhlenwänden. Hierzu benutzen Fledermäuse die Hinterbeine, die kräftige Krallen aufweisen, sowie die Daumen als einzige freie Finger. So kommt es, dass sie in Ruhephasen mit dem Kopf nach unten hängen. Ein besonderer Sehnenmechanismus ermöglicht es den Tieren sogar, sich ohne Kraftaufwendung, durch den Zug des eigenen Körpergewichts mit den Krallen an der Wand oder Decke festzuhalten. Auf diese Weise können die Tiere mehrere Monate im Winterschlaf hängen bleiben.

• Sie sind nicht die schnellsten Flieger, erreichen Maximalgeschwindigkeit

von rund 50 km/h.

• Sind extrem wenig und manövrierfähig dank dem Echoortungssystem.

• Sie orten noch Gegenstände die kleiner als 1mm sind. Zum Beispiel sind

sie in der Lage zwischen 2 hauchdünnen, übereinander gespannten

Drähten, waagrecht hindurch zufliegen.


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3.2 Aufbau der Fledermaus

1

3.3 Information Fledermaus – Ultraschall

Interview mit dem Fledermausexperten Markus Utesch.

Frage: Eine Fledermaus kann ja den Ultraschall nur bis auf eine maximale Entfernung ausstoßen, ohne dass sie das Aussenden des Signals zu viel Anstrengung kostet. Wie viel Meter sind das ungefähr? Antwort: Bei Abendseglern kann man ihren Ultraschall bis zu 100m weit mit einem Fledermausdetektor empfangen. Andere Arten rufen nur wenige Meter weit (z.B. Langohren)

1 www.dorner-verlag.at Biologie und Umweltkunde


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Frage: Und wie viel Meter/ Zentimeter beträgt die maximale Entfernung, in der die Fledermaus das Echo wieder empfangen kann? Antwort: Dort sind mir keine genauen Angaben bekannt. Das hängt auch immer von der individuellen Lautstärke und der Größe des reflektierenden Objekts ab. Aber in der Literatur findet man immer wieder den Wert von ungefähr 3-5 Metern. Frage: Wie viel Impulse (Impulsdauer + Impulspause) kann die Fledermaus minimal / maximal in der Sekunde ausstoßen? Antwort: Auch hier variiert die Natur nach der jeweiligen Situation. Kurz vorm Zubeißen ruft die Fledermaus maximal häufig und kann so weit über 20 Rufe pro Sekunde ausstoßen. Normalerweise rufen die mittleren und kleinen Arten um die 10-mal in der Sekunde, wobei die Ruf dauer oft unter 10 ms bleibt und Rufpausen von 90 bis 100 ms zwischen den Impulsen liegen. Minimale Angaben für Rufe gibt es nicht, da Fledermäuse auch schweigend fliegen können. Abendsegler rufen relativ selten mit manchmal 200-300 ms Abständen. Frage: Wenn die Fledermaus das Echo ihres Ultraschalls wieder Empfangen hat, wie lang macht sie dann Pause, bevor sie den nächsten Impuls wieder ausstößt? Antwort: Sie empfangen permanent Echos und so gelten hier die oben genannten Werte für die Rufpausen von 60-200 ms, je nach Art und Situation. Die Fledermäuse stoßen den Ultraschall durch Nase und Mund aus, und Empfangen ihn wieder mit den Ohren. Dadurch, dass sie den Ultraschallmit beiden Ohren empfangen können, erhalten sie aus dem Echo ein 3D Bild.

3.4 Echoortungssystem

Fledermäuse stoßen Töne von so hoher Frequenz aus, dass das menschliche Ohr sie nicht mehr hören kann. Die Schallwellen dieser Töne werden von Gegenständen wie ein Echo zurückgeworfen. Aus diesen vielen Echos kann sich die Fledermaus ein "Hörbild" ihrer Umgebung machen und sogar Form und Bewegungsrichtung fliegender Objekte erkennen.

In der Echoortung werden Schall- oder Radiowellen aktiv ausgesendet. Treffen die Wellen auf ein Hindernis, werden sie zurückgeworfen. Aus der Laufzeit der Wellen kann dann die Entfernung zum Hindernis ermittelt werden. Auch die genaue Richtung, in der sich das Hindernis befindet, kann ermittelt werden, sowie die Größe des Hindernisses.

Die Bestimmung der Richtung, aus der die Echos eintreffen, kann mit Hilfe mehrerer Empfänger an unterschiedlichen Stellen erfolgen. Aus den Laufzeitunterschieden zwischen den Empfängern kann dann die Richtung des Echos und damit die Richtung des Hindernisses bestimmt werden.


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4 Ultraschall

4.1 Definition

Mit Ultraschall (oft als US abgekürzt) bezeichnet man Schall mit Frequenzen, die oberhalb des vom Menschen wahrgenommenen Bereiches liegen. Das umfasst Frequenzen zwischen 20 kHz (obere Hörschwelle) und 1 GHz. Schall mit noch höherer Frequenz wird als Hyperschall bezeichnet, bei Frequenzen unterhalb des für Menschen hörbaren Frequenzbereichs spricht man dagegen von Infraschall. In der Tierwelt dient Ultraschall zur Orientierung. Die Schallfrequenzen liegen bei Fledermäusen zwischen 15 kHz und 80 kHz.

4.2 Frequenz

Die Einheit der Frequenz wurde 1935 nach dem Deutschen Physiker Heinrich Rudolph Hertz benannt. Die Maßeinheit Hertz gibt die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde an.

4.2.1 Merkmale von Wellen

Frequenz f= Anzahl der Wellenberge pro Sekunde (Maßeinheit: 1 Hz= )

Ausbreitungsgeschwindigkeit v v= λ*f Periode(Periodendauer) T=Zeit die vergeht bis eine Wellenlänge λ sich an einem Ort vorbei bewegt hat. ( d.h. die Zeit zwischen zwei Wellenbergen)

bzw. z.B.


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Definition Wellenlänge: Kleinster Abstand zweier Punkte gleicher Phase einer Welle. Definition Amplitude: Die Amplitude ist per Definition die maximale Auslenkung.

4.3 Dopplereffekt

Bewegt sich ein Sender auf einen stehenden Beobachter zu, so nimmt der Beobachter einen höheren Ton wahr, als der Sender tatsächlich abgibt. Bewegt sich der Sender vom Beobachter weg, so kehrt sich der Effekt um. Die Tonhöhe, die der Beobachter nun hört, ist niedriger als die vom Sender erzeugte Tonhöhe. In beiden Fällen findet eine Frequenzverschiebung statt. Dieser physikalische Effekt wurde von Christian Doppler theoretisch bewiesen. Christian Andreas Doppler (*29. November1803 in Salzburg; † 17. März 1853 in Venedig) war ein bedeutender österreichischer Mathematiker und Physiker.

5 Basisvoraussetzung

5.1 Formel zur Berechnung des Abstand

s = Abstand /cm t= Signallaufzeit /µs c= Schallgeschwindigkeit in Luft 343 /

5.2 Formeln zur Berechnung der Fläche einer Halbkugel und eines Kegels

r= Radius der Grundfläche m= Seitenlänge

r= Radius der Kugel


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5.3 Ultraschallbausatz

Für meine Versuche benötigte ich einen Ultraschallsender und Empfänger. Im Internet habe ich bei Conrad electronic einen Bausatz gefunden, den ich nach Absprache mit meinem Betreuungslehrer einsetzen konnte. Es musste jedoch noch eine Änderung vorgenommen werden damit ich die Ultraschallfrequenz am Oszilloskop anzeigen konnte. Die Änderung hat Herr Wolfhard Reimringer mit mir durchgeführt. Mit diesem Bausatz kann ich im Bereich von ca. 10 – 90 cm Objekte erkennen, die eine Größe zwischen 0,01m² und 0,5m² haben.

R6

38k3

4k7

R5

560K

R4

2K2

T1

BC547B

..C322n T2

BC547B

..

Sender Empfänger

C410µF 25V

Ub=+10V

Oszilloskop Kanal 1

Oszilloskop Kanal 2

Signalausgang

Signaleingang 40kHz


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5.4 Versuchsaufbau und benötigte Messgeräte

1 Netzteil: VOLTCRAFT PS 1302 – D 2 Frequenzgenerator: VOLTCRAFT 8202 2MHz 3 Speicheroszilloskop: VOLTCRAFT DSO-1022M 4 Fledermauskopf mit eingebautem Ultraschallbausatz 5 Objektbefestigungsgalgen 6 Taster zum Auslösen des Frequenzimpulses 7 Laptop mit Software zum Speichern der Oszilloskopkurven 8 BAT-Detector, Petterson Ultrasound Detector D100 Für meine Versuche habe ich folgende Objekte benutzt: 1 Platte 10cm x 10cm Fläche von 0,01m² 1 Platte 20cm x 20cm Fläche von 0,04m² 1 Platte 30cm x 30cm Fläche von 0,09m² 1 Halbkugel ø Fläche von 0,063m² 1 Kegel Fläche von 0,035m² 1 Platte 30cm x 30cm mit welliger Papieroberfläche, Wellenhöhe 3cm


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5.5 Einstellung der Messgeräte

Netzteil: Eingestellter Spannungswert V=≈ 10V Frequenzgenerator: Eingestellter Frequenzwert f≈ 40kHz

1 Kanal 1 Eingangssignal 2 Kanal 2 reflektiertes Signal 3 Cursor Ta

4 Cursor Tb, ablesen der Signallaufzeit

5 Feld zum Ablesen der Cursor-Zeiten 6 Ablenkung Kanal1 Amplitude 7 Ablenkung Kanal2

Amplitude 8 Einstellung der

Zeitachse 9 Vorgewählter Cursortyp Für meine Versuche habe ich folgende Einstellungen am Oszilloskop vorgenommen: Kanal 1: 5V Amplitude, dauerhaft

Kanal 2 u. Zeitachse: Bestmöglichste Anpassungen der Einstellungen zum Ablesen der Messergebnisse Im Trigger-Menü : Einzelschuss Kanal1aktiviert

5.6 Eichen der Versuchsschaltung

5.6.1 Überlegung Bevor ich mit meinem Versuchen beginnen konnte, testete ich meinen Versuchsaufbau. Ich merkte dass die erzielten Ergebnisse sich ziemlich weit von den gemessenen Distanzen unterschieden haben. Also ermittelte ich experimentell eine Fehlerzeit und ein Grundrauschen das immer vorhanden war sobald ich die ganze Schaltung an die Spannung anschloss.


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5.6.2 Fehlerzeitbestimmung und Eichergebnis

Objekt 10cm x 10cm Objekt 30cm x 30cm

vorgeg.Distanz/cm Signalzeit SOLL/µs

Signalzeit IST/µs

Berechnete Distanz /cm tFehl/µs ø tFehl/µs

Ob

jekt

Pla

tte

10X

10 10 583 800 13,7 217

20 1166 1400 24 234 30 1749 2040 34,3 291 40 2332 2560 44 228 50 2915 3160 54,2 245 60 3498 3740 63,8 242 70 4081 4300 73,745 219 80 4664 4860 83,349 196 234

Ob

jekt

Pla

tte

30X

30 10 583 800 13,7 217

20 1166 1400 24 234 30 1749 1960 33,614 211 40 2332 2560 44 228 50 2915 3120 53,508 205 60 3498 3720 63,798 222 70 4081 4320 74,088 239 80 4664 4880 83,692 216 221,5

Fehler bestimmt 230µs

Die Fehlerzeit von 230µs wurde bei allen folgenden Versuchen zur Korrektur der Messergebnisse benutzt.


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5.6.3 Grundrauschen Unter Grundrauschen versteht man die Signalstärke die immer, auch ohne Reflexion, vorhanden ist.

5.6.4 Erklärung der Fehlerzeitmessung

Der ermittelte Fehler kommt von dem Aufbau der Schaltung, dem verwendeten Taster und von meiner Bedienung beim Auslösen des Signals.


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6 Versuchsbeschreibungen

6.1 Versuch zur Bestimmung des Abstandes

6.1.1 Überlegung

Mit diesem Versuch möchte ich erklären wie man mit Ultraschall den Abstand eines Objektes ermitteln kann. Zur Berechnung des Abstandes, und in allen weiteren Versuchen, habe ich die Formeln aus 5.1 verwendet

6.1.2 Ergebnis des Versuchs

Signallaufzeit/µs gem. Distanz/cm ber. Distanz/cm Fehlerzeit/µs 800 10 9,7755 230 2000 30 30,3555 230 3680 60 59,1675 230 4360 70 70,8295 230 4920 80 80,4335 230 5520 90 90,7235 230


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6.2 Versuch Oberflächenfarbe

6.2.1 Überlegung Mit diesem Versuch habe ich die Abhängigkeit der Reflexion von der Oberflächen-farbe des reflektierten Objektes ermittelt. Als Reflexionsobjekt benutzte ich eine Platte 20cmx20cm, eine Seite beklebt mit hellgrünem Papier und eine beklebt mit schwarzem Papier.

6.2.2 Ergebnis

6.2.2.1 Oberflächenfarbe hellgrün

Signallaufzeit/µs gem. Distanz/cm ber. Distanz/cm Fehlerzeit/µs 840 10 10,4615 230 2600 40 40,6455 230 3160 50 50,2495 230 4920 80 80,4335 230

6.2.2.2 Oberflächenfarbe schwarz

Signallaufzeit/µs gem. Distanz/cm ber. Distanz/cm Fehlerzeit/µs 800 10 9,7755 230 2600 30 40,6455 230 3160 60 50,2495 230 4920 70 80,4335 230


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6.3 Versuch verschiedene Oberflächenstrukturen

6.3.1 Überlegung Bei diesem Versuch ermittelte ich den Zusammenhang von verschiedenen Oberflächen. Ich benutzte eine Platte 30cm x 30cm mit einer glatten Seite und einer von mir selbst aufgeklebten Wellenform aus Papier. Die Anzahl der Wellen auf der Platte sind 4 Stück, die Höhe der einzelnen Wellen betragen 2cm. Durch drehen der ganzen Platte konnte ich eine horizontale und vertikale Orientierung erreichen.

6.3.2 Ergebnis

6.3.2.1 Oberfläche glatt

Signallaufzeit/µs gem. Distanz/cm ber. Distanz/cm Fehlerzeit/µs 2000 30 30,3555 230 3120 50 49,5635 230 4320 70 70,1435 230 4880 80 79,7475 230 5520 90 90,7235 230


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6.3.2.2 Oberfläche wellig, horizontale Orientierung

Signallaufzeit/µs gem. Distanz/cm ber. Distanz/cm Fehlerzeit/µs 1400 20 20,0655 230 3200 50 50,9355 230 5360 90 87,9795 230

6.3.2.3 Oberfläche wellig, vertikale Orientierung

Signallaufzeit/µs gem. Distanz/cm ber. Distanz/cm Fehlerzeit/µs 1440 20 20,7515 230 3160 50 50,2495 230 5480 90 90,0375 230


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6.4 Versuch mit verschiedenen Materialstrukturen

6.4.1 Überlegung In den vorherigen Versuchen habe ich eine feste Oberfläche als Reflexionsobjekt verwendet. In den folgenden Versuchen benutzte ich verschiedene Materialstruk-turen. Baumwolltuch, Baumwolltuch mit 30cmx30cm Platte. Ich möchte mit diesen Versuchen den Zusammenhang zwischen den von mir gewählten Materialien und der Ultraschallreflexion untersuchen.

6.4.2 Ergebnis

6.4.2.1 Material Baumwolltuch

Signallaufzeit/µs gem. Distanz/cm ber. Distanz/cm Fehlerzeit/µs 1760 27 26,2395 230 na 44 - 230


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6.4.3 Material Baumwolltuch mit Prallplatte 0cm/10cm Abstand zum Tuch

Signallaufzeit/µs gem. Distanz/cm ber. Distanz/cm Fehlerzeit/µs 2080 27 / 0 31,7275 230 2720 27 / 10 42,7035 230

Signallaufzeit/µs gem. Distanz/cm ber. Distanz/cm Fehlerzeit/µs 3280 44 / 0 52,3075 230 4000 44 / 10 64,6555 230


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6.5 Versuch Ermittlung Abstand zwischen zwei Objekten

6.5.1 Überlegung Mit diesem Versuch wollte ich erkennen ob man ein kleineres Objekt, wenn es sich vor einem anderen größeren Objekt befindet, erkennen und den Abstand zwischen den beiden ermitteln kann.

6.5.2 Ergebnis Platte 10cmx10cm vor Platte 30cmx30cm

Signallaufzeit_b/µs Signallaufzeit_a/µs gem. Distanz/cm ber. Distanz/cm 4160 3760 6 6,86 4000 2000 36 34,3


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6.6 Versuch Erkennung geometrische Form

6.6.1 Überlegung Bei diesem Versuch habe ich versucht, unterschiedliche geometrische Formen zu erkennen. Dazu verwende ich eine Halbkugel und einen Kegel.

6.6.2 Ergebnis Vergleich Kegel – Halbkugel


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6.7 Versuch bewegtes Objekt

6.7.1 Überlegung Die Beutetiere der Feldermaus bewegen sich meistens von ihr weg. Bei dem folgenden Versuch habe ich getestet wie der reflektierte Ultraschall eines bewegten Objekts aussieht und ob man einen Tonunterschied hören kann. Zur Erkennung des Tones habe ich einen Bat-Detektor zur Hilfe genommen.

6.7.2 Ergebnis


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6.8 Versuch Ablenkung durch Luft

6.8.1 Überlegung Bei diesem Versuch wollte ich herausfinden, ob ich eine Veränderung erkennen kann, wenn ich einen Föhn einmal gegen das reflektierte Signal, einmal mit dem reflektierten Signal und einmal quer gegen das reflektierte Signal halte.

Föhn gegen die Reflexionsrichtung Föhn mit der Reflexionsrichtung

Föhn quer zur Reflexionsrichtung


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6.8.2 Ergebnis


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6.9 Versuch Erkennung der Objektgröße durch Amplitudenhöhe

6.9.1 Überlegung Eine Fledermaus muss erkennen können ob das detektierte Objekt in Größe und Form ein Beutetier sein kann. In meinem letzten Versuch wollte ich herausfinden ob ich an Hand der Amplituden-höhe erkennen kann welche Größe das zuerkennende Objekt hat. Den Versuch habe ich mit Hilfe meiner drei Platten (10x10, 20x20, 30x30)[cm], die ich in einen definierten Abstand gebracht habe, durchgeführt.

6.9.2 Ergebnis

Objektgröße/cm Distanz/cm Amplitudenhöhe/mV 10x10 30 560 20x20 30 820 30x30 30 960 10x10 10 1140 20x20 10 1240 30x30 10 1140 10x10 50 420 20x20 50 512 30x30 50 544


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7 Zusammenfassung der Ergebnisse

7.1 Ergebnisse bezogen auf die Versuchsschaltung Das Thema Ultraschall ist sehr umfangreich und physikalisch gesehen komplex zu behandeln. Deswegen konnte ich nicht alle Geheimnisse der Ultraschallortung entdecken. Vor allem hatte ich nicht die Möglichkeiten, um bestimmte Versuche durchzuführen. z.B. muss man bei dem Dopplereffekt einen getrennten Sender und Empfänger haben. Ich habe während den Versuchen festgestellt, dass mein Versuchsaufbau ziemlich störungsanfällig gewesen ist. Die Ermittlung der Fehlerzeit war eine logische Schlussfolgerung. Nachdem ich den Fehler bestimmt hatte konnte ich die Ergebnisse zu den Abstandsmessungen fertig stellen. Die Ergebnisse waren nun jedoch ziemlich genau. Mit den eingesetzten Ultraschallsensoren konnte ich recht gute Messergebnisse erzielen. Die Berechnung der Distanzen mittels der Formel konnte ich mir sehr gut verständlich machen. Auf den aufgenommen Oszilloskopbilder konnte ich die Reflexion gut erkennen und die benötigte Zeit ablesen. Die Erkennung von Objektform, -größe und -bewegung war auch mit den einfachen mir zu Verfügung stehenden Mittel zu erkennen. Auf den aufgenommen Bildern konnte ich die Reflexionen, die Amplitudenhöhen und die Zeiten gut erkennen und für die Rechnungen benutzen. Es wäre jedoch besser gewesen, wenn ich ein zweites Paar Ultraschallsensoren gehabt hätte. Mit meinem Versuchsaufbau konnte ich nur im eindimensionalen meine Messungen durchführen, ich konnte also nicht erkennen, ob etwas nur eine Platte ist, oder ob es räumlich dargestellt ist.

7.2 Schlusswort über Fledermäuse Bei meinen Versuchen habe ich herausgefunden, dass die Fledermaus ein supergutes Gehör hat, denn sie muss all das was ich mit der Schaltung gemacht habe und noch vieles mehr können, um zu überleben. Bewegt sich die eventuelle Beute auf mich zu? Wie groß ist sie? Wie weit weg ist sie? Fliegt die Beute unter mir, über mir oder ist sie auf der gleichen Ebene wie ich? All diese Fragen muss eine Fledermaus durch das Echo des Signals beantworten. Außerdem muss sie auch noch erkennen ob das, was sie verfolgt, ein Blatt ist, was im Wind hin und her fliegt, oder ob es Beute ist. Hinzu kommen noch die Verschiedenen Umweltbedingungen. Mit meinem Ultraschallsender- und Empfänger kann ich noch nicht die Hälfte dieser Probleme lösen. Die Fledermaus muss genau genommen eine Ultraschall Schaltung und ein Oszilloskop in ihrem Kopf haben. Dabei ist allein die Schaltung so groß wie der Körper einer durchschnittlichen Fledermaus(Körperlänge ohne Schwanz: 4-7 cm) Fazit: Die Fledermaus ist also wirklich ein physikalisches Phänomen.


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8 Anhang

8.1 Datenblatt US-Bausatz


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8.2 Datenblatt US-Sensoren

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