Interferenz; Überlagerung von Wellen
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. Dabei ändert sich die räumliche Energieverteilung.
Inhaltsverzeichnis
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 nimmt das Signal am Ohr auf und berechnet in Echtzeit den nötigen "Gegenschall".
- Zum Glück noch auf youtube: Video Planet Wissen - "Lärm" Wenn Töne weh tun - 1.4 WDR (Ab 1:00 min)
- Leider nur noch als Textvon der ARD: Video: Gegenschall als Lärmschutz( - W wie Wissen - ARD youtube channel)
- 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
Aufbau
Man schließt zwei Lautsprecher parallel an einen Sinusgenerator. Alternativ kann man auch mit dem Computer und einer fest installierten Stereoanlage arbeiten. (Z.B. mit Audacity)
Danach läuft man im Raum herum und hört sich den Ton an.
Man wiederholt den Versuch mit verschiedenen Tonhöhen und, falls möglich, mit verschiedenen Abständen zwischen den Lautsprechern.
Beobachtung
Beim Durchschreiten des Raumes hört man den Ton in unterschiedlichen Lautstärken, die einigermaßen rythmisch wechseln. Erhöht man die Frequenz (Tonhöhe) so liegen Orte mit geringer Latstärke näher beisammen, verkleinert man den Abstand zwischen den Lautsprechern, so sind sie weiter auseinander.
Versuch: Zwei Wasserkreiswellen
Aufbau
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In einer Wellenwanne werden zwei Kreiswellen mit gleicher Frequenz erzeugt. Durch die Lichtbrechung an der unebenen Wasseroberfläche sieht man die Wellenfronten ("Berge und Täler") der Welle als dunkle und helle Streifen. |
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Beobachtung
- Video Zwei Steine in den Teich werfen (Youtube: Überlagerung und Interferenz zweier Kreiswellen von rastelli43)
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. Die Zeiger zeigen in die gleiche Richtung, es gibt keine Phasenverschiebung. Trifft ein Berg auf ein Tal oder ein Tal auf einen Berg, so ist die Summe der Amplitude Null. Das nennt man destruktive Interferenz. Die Zeiger zeigen in entgegengesetzte Richtungen. Die Phasenverschiebung beträgt dann [math]\Pi[/math] oder 180°.
Die hellen Streifen, bei denen sich nur grüne mit grünen und rote mit roten Kreisen schneiden, sind Stellen mit konstruktiver Interferenz. Hier ist es laut. Die hellen Streifen, bei denen sich immer ein roter mit einem grünen Kreis schneidet sind die Stellen destruktiver Interferenz. Hier ist es leise.
Hier kann man auch gut die stehende Welle zwischen den Quellen beobachten. Dort befinden sich abwechselnd Stellen mit destruktiver und konstruktiver Interferenz.
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Ergebnis
Durch die Überlagerung zweier Wellen ist die transportierte Energie nicht mehr gleichmäßig im Raum verteilt.
Gangunterschied [math]\triangle s [/math]
Phasenverschiebung [math]\triangle \varphi[/math]
konstruktive Interferenz (Zeigerdiagramm der sich überlagernden Schwingungen!) [math]\triangle s = n \lambda[/math]
[math]\triangle \varphi = n 2 \pi[/math]
[math](n= 0,1,2,3,...)[/math]
destruktive Interferenz [math]\triangle s = n \lambda - \lambda / 2 [/math]
[math]\triangle \varphi = n 2 \pi +\pi[/math]
[math](n= 1,2,3,...)[/math]
Links
- wikipedia: Interferenz
- Videos von Wassertropfen und Wasserwellen (Fachinformationszentrum Chemie, Berlin)
- Ein Applet, das eine Wellenwanne simuliert. Beeindruckend! (Von Paul Falstad.)
Zwei Quellen
- Video Zwei Steine in den Teich werfen (Youtube: Überlagerung und Interferenz zweier Kreiswellen von rastelli43)
- Applet mit Interferenz zweier Kreis- oder Kugelwellen (Walter Fendt)
- Doppelspaltsimulation von Peter Kraus (pk-applets.de)
- Zwei Quellen Interferenz (LEIFI)
Stehende Welle
- Applet LEIFI Überlagerung zweier gegenläufiger Wellen mit "Luftdruck"
- Applet der Überlagerung zweier gegenläufiger Wellenzüge zu einer stehenden Welle (Peter Kraus, pk-applets)
Gegenschall
- Zum Glück noch auf youtube: Video Planet Wissen - "Lärm" Wenn Töne weh tun - 1.4 WDR (Ab 1:00 min)
- Leider nur noch als Textvon der ARD: Video: Gegenschall als Lärmschutz( - W wie Wissen - ARD youtube channel)
