Grundbegriffe und Beispiele zu mechanischen Wellen

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Was ist eine Welle?

Beispiele

  • Eine Wasseroberfläche

  • Das ist eine Welle!

  • La Ola


  • La Ola
  • Stauwellen
  • Wasserwelle
  • Erdbebenwellen
  • Schall
  • elektro-magnetische Welle
  • Licht (?)
  • Gittarrensaite
Datei:Schallmauer flugzeug.jpg

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 Wellenmaschine.
Die große Wellenmaschine mit Anhaltemöglichkeit (roter Hebel rechts).


Versuch: Magnetrollen

Magnetrollen auf einer Schiene.


Versuch: Tropfen auf Wasser

Eine Wellenwanne für den Overheadprojektor.


Versuch: Seilwellen

Spiralfedern, mit denen man Seilwellen beobachten kann.


Versuch: Wellen in einer langen Feder

Lange Spiralfeder, nicht verknotet ;)


Versuch: gekoppelte Pendel

Datei:Gekoppelte Pendel.jpg
Gekoppelte Pendel, hier ohne Gewichte
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