Grundbegriffe und Beispiele zu mechanischen Wellen
Inhaltsverzeichnis
Was ist eine Welle?
Beispiele
- La Ola
- Stauwellen
- Wasserwelle
- Erdbebenwellen
- Schall
- elektro-magnetische Welle
- Licht (?)
- Gittarrensaite
Definition
Der Begriff ist nicht einfach zu fassen, aber als wesentliche Eigenschaften kann man festhalten:
- Eine mechanische Welle transportiert Energie und Impuls ohne einen Massetransport.
- Eine Welle entsteht durch eine Schwingung, die mit anderen Schwingern gekoppelt ist und sich so ausbreiten kann.
Physikalische Fragestellungen
- Ausbreitungsgeschwindigkeit: Wovon hängt sie ab? (Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle)
- Wovon hängt die Wellenlänge ab? (Wellenlänge, Frequenz und Ausbreitungsgeschwindigkeit)
- Überlagerung von Wellen (Interferenz; Überlagerung von Wellen)
- Wie ändert sich die Amplitude im Raum? (Energietransport einer Welle (Intensität))
- Was passiert bei einer Reflektion? (Reflektion und Brechung)
- Was passiert, wenn die Welle auf ein Hindernis trifft? (Reflektion und Brechung; Beugung an Öffnungen und Hindernissen)
Zusammenhang zwischen Schwingungen und Wellen
- Wellen werden durch Schwingungen erzeugt.
- An jeder Stelle einer Welle ist eine Schwingung.
Begriffe
- Longitudinalwelle
- Eine Schallwelle ist eine Longitudinalwelle. Bei einer Longitudinalwelle schwingen die Teilchen in die Ausbreitungsrichtung der Welle.
- Transversalwelle
- Licht als Welle betrachtet ist eine Transversalwelle. Bei einer Transversalwelle schwingen die Teilchen vertikal zur Ausbreitungsrichtung. (Wobei gerade das Licht keine mechanische Welle ist und somit auch keine Teilchen schwingen.)
- Phasengeschwindigkeit
- Die Phasengeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit mit der sich eine Phase in Schwingungsrichtung fortbewegt.
- Wellenzug/Wellenpaket/Wellengruppe
- Der Wellenzug ist die Störung, die "losgeschickt" wurde.
- Lineare/ebene Wellen
- In einer linearen Welle sind alle Schwingungen harmonisch und die Welle breitet sich nur längs einer Raumrichtung aus. Kugelwellen, Kreiswellen oder Zylinderwellen sind also keine linearen Wellen.
- Amplitude
- Die Amplitude ist die Größe der Auslenkung.
- Frequenz
- Die Frequenz ist die Anzahl der Perioden einer Schwingung pro Sekunde.
- Wellenlänge
- Die Wellenlänge ist der kürzeste Abstand zwischen zwei Schwingungen, die phasengleich schwingen.
Versuche
Versuch: Die Wellenmaschine
Die kleine Wellen- maschine. vergrößern Die kleine Wellen- maschine.
Die große Wellenmaschine mit Anhaltemöglichkeit (roter Hebel rechts). vergrößern Die große Wellenmaschine mit Anhaltemöglichkeit (roter Hebel rechts).
Versuch: Magnetrollen
Magnetrollen auf einer Schiene. vergrößern Magnetrollen auf einer Schiene.
Versuch: Tropfen auf Wasser
Eine Wellenwanne für den Overheadprojektor. vergrößern Eine Wellenwanne für den Overheadprojektor.
Versuch: Seilwellen
Spiralfedern, mit denen man Seilwellen beobachten kann. vergrößern Spiralfedern, mit denen man Seilwellen beobachten kann.
Versuch: Wellen in einer langen Feder
Lange Spiralfeder, nicht verknotet ;) vergrößern Lange Spiralfeder, nicht verknotet ;)
Versuch: gekoppelte Pendel
Gekoppelte Pendel, hier ohne Gewichte vergrößern Gekoppelte Pendel, hier ohne Gewichte
