Interferenz; Überlagerung von Wellen: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 16. Februar 2011, 13:19 Uhr

Wenn zwei Wellen an einem Ort aufeinandertreffen, so überlagern sie sich ungestört. Dieses Phänomen nennt man Interferenz. An jeder Stelle überlagern sich zwei Schwingungen, was man durch die Addition der zwei Amplituden, bzw. Zeiger beschreiben kann.

Je nach Frequenz und Phasenverschiebung können sich die Schwingungen aufheben oder verstärken.

Beispiele

• Gleichzeitiges Reden wäre nicht möglich, wenn sich die Wellen gegenseitig "stören" würden.

• Wasserwellen durchdringen sich ungestört: Video von fallenden Tropfen

• Zur Schalldämpfung kann man einen Kopfhörer aufsetzen, indem ein "Gegenschall" gesendet wird. Ein Mikrophon nicmmt das Signal am Ohr auf und berechnet in Echtzeit den nötigen "Gegenschall".

• Sonnenlicht ist eine Überlagerung aus elektromagnetischen Wellen. Das Spektrum umfasst einen Wellenlängenbereich von Infrarot über sichtbares Licht bis Ultraviolett. Derartige Spektren bezeichnet man auch als kontinuierlich.

Zwei-Quellen-Interferenz

Versuch: Zwei Lautsprecher

Sinusgenerator mit zwei Lautsprechern

Aufbau

Man schließt zwei Lautsprecher parallel an einen Sinusgenerator. Danach läuft man im Raum herum und hört sich den Ton an.

Man wiederholt den Versuch mit verschiedenen Tonhöhen.

Beobachtung

Beim Durchschreiten des Raumes hört man den Ton in unterschiedlichen Lautstärken, die einigermaßen rythmisch wechseln. Erhöht man die Frequenz (Tonhöhe) so verschnellert sich der Rythmus, mit dem die Tonhöhen wechseln.

Erklärung

Wie kann es sein, dass die "Lautstärke" des einen Lautsprechers zusammen mit der anderen "Lautstärke" an manchen Orten nicht mehr, sondern weniger wird? Schließlich müßte dort ja auch doppelt soviel Energie vorhanden sein! Die beiden (Kugel-) Wellen überlagern sich. An jedem Punkt des Raumes summieren sich zwei Schwingungen zu einer Gesamtschwingung, was sich durch die Addition der beiden Amplituden (bzw. der Zeiger) beschreiben läßt. Je nach Überlagerungssituation wächst oder sinkt die Amplitude, der Ton wird lauter oder leiser. Treffen an einer Stelle immer zwei Berge oder zwei Täler aufeinander, so verdoppelt sich dort die Amplitude. Das nennt man konstruktive Interferenz Trifft ein Berg auf ein Tal oder ein Tal auf einen Berg, so ist die Summe der Amplitude Null. Das nennt man destruktive Interferenz. Betrachtet man den Wellenverlauf zwischen den Lautsprechern, so erkennt man eine stehende Welle. Erhöht man die Frequenz, erhöht man gleichzeitig die Anzahl der Schnittpunkte (Überlagerungen) der Wellen, also steigt die Frequenz der Tonschwankungen, die wir hören. Nachvollziehen der Interferenz ist mit dem Ripple Tank Applet von Paul Falstad möglich. Video Zwei Steine in den Teich werfen (Youtube: Überlagerung und Interferenz zweier Kreiswellen von rastelli43)

Applet und Kopiervorlage

Konstruktive und Destruktive Interferenz

• Eintrag folgt*