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==Übersicht: Energiezufuhr und Abgabe bei Schwingungen==
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==Begriffe==
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Je nach der Art der Energiezufuhr oder des Verlustes kann man Schwingungen in verschiedene Kategorien einteilen:
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====Energieabgabe====
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;gedämpfte und ungedämpfte Schwingungen
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:Gedämpfte Schwingungen verlieren Energie an die Umgebung, dabei nimmt die Amplitude ab. Bei allen realen mechanischen Schwingungen tritt Reibung auf, weshalb alle Schwingungen auch mehr oder weniger stark gedämpft sind.
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[[Datei:Schwingungen_schematisch_nach_Energiezufuhr_gedämpft.png|thumb|none|350px|Energieflußdiagramm einer freien, gedämpften Schwingung.]]
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:Ungedämpfte Schwingungen ohne Energieabgabe gibt es in Reinform nur als abstrakte Idee, da es eine reibungslose Bewegung nicht gibt. Nur durch ständige Energiezufuhr kann erreicht werden, dass die Energiemenge der Schwingung, und somit auch die Amplitude, konstant bleibt.
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[[Datei:Schwingungen_schematisch_nach_Energiezufuhr_ungedämpft.png|thumb|none|350px|Energieflußdiagramm einer freien, ungedämpften Schwingung.]]
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;Wellenträger
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:So bezeichnet man den Gegenstand innerhalb dessen sich die mechanische Welle ausbreitet.
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====Energiezufuhr====
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;Longitudinalwelle
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:Eine Schallwelle ist eine Longitudinal- oder auch Druckwelle. Bei einer Longitudinalwelle schwingen die Teilchen in der Ausbreitungsrichtung der Welle.
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|valign="top"|
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; freie Schwingungen
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;Transversalwelle
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: Bei einer freien Schwingung wird von Außen gar keine Energie zugeführt. Man beeinflußt die Schwingung nicht.
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:Eine Wasserwelle ist  eine Transversalwelle<ref>Dies gilt nur bei kleinen Ampiltuden einer Wasserwelle, wenn im wesentlichen die Oberflächenspannung die Wasserteilchen koppelt (Kapillarwelle). Bei großen Amplituden koppelt die Schwerkraft die Teilchen und die Bewegung des Wassers wird komplexer (Schwerewellen).</ref> . Bei einer Transversalwelle schwingen die Teilchen vertikal zur Ausbreitungsrichtung.  
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|valign="top"|
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;Wellenzug/Wellenpaket/Wellengruppe
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; erzwungene und angeregte Schwingungen
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:Der Wellenzug ist die Störung, die "losgeschickt" wurde.
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: Bei einer erzwungenen Schwingung wird durch eine periodische Anregung die Frequenz der Schwingung festgelegt. Je nachdem wie gut die Anregungsfrequenz "paßt", nimmt die Schwingung mehr oder weniger Energie auf.
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:Beispiele sind Vibrationen beim Auto, die bei bestimmten Geschwindigkeiten auftreten.
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;Phasengeschwindigkeit
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:Die Phasengeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit mit der sich eine Phase in Schwingungsrichtung fortbewegt. (Z.B. Ein "Hochpunkt" der Störung.) (Im Unterschied dazu versteht man unter der ''Gruppengeschwindigkeit'' die Ausbreitungsgeschwindigkeit der "Einhüllenden" des Wellenpakets. Die beiden Geschwindigkeiten unterscheiden sich nur dann, wenn die Phasengeschwindigkeit von der Frequenz abhängig ist. (Sogenannte ''Dispersion'') )
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[[Datei:Schwingungen_schematisch_nach_Energiezufuhr_erzwungen.png|thumb|none|350px|Energieflußdiagramm einer erzwungenen, gedämpften Schwingung.]]
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;Wellenlänge
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|valign="top"|
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:Die Wellenlänge ist der kürzeste Abstand zwischen zwei Schwingungen, die phasengleich schwingen.
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:Erfolgt die Energiezufuhr in der Eigenfrequenz, spricht man von einer angeregten Schwingung. Eine angeregte Schwingung ist also einer erzwungene Schwingung in der "passenden" Frequenz.
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:Durch die Energiezufuhr wird die Dämpfung quasi aufgehoben, aber die Frequenz nicht vorgegeben. Die Schwingung verhält sich wie eine freie, ungedämpfte Schwingung.
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[[Datei:Welle_Kreiswelle_animiert.gif|right|thumb|Wellenfronten (grün) ("wandern mit") und Wellenstrahlen (rot) bei einer Kreiswelle.]]
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:Beispiele sind Kinderschaukeln, die Unruhe oder das Pendel einer mechanischen Uhr und der Schwingquarz bei einer Quarzuhr.
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;Wellenfront
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:Verbindet man die benachbarten Orte im Raum, an denen die Schwingungen phasengleich sind, zB. alle "Berge", so erhält man Linien senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Sie heißen Wellenfronten und sind im Raum bei ebenen Wellen Ebenen, bei Kugelwellen Kugeln. Bei zweidimensionalen Wellen findet man bei der ebenen Welle Geraden und bei Kreiswellen Kreise:). Eindimensional ist das langweilig.  
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[[Datei:Schwingungen_schematisch_nach_Energiezufuhr_angeregt.png|thumb|none|350px|Energieflußdiagramm einer angeregten, gedämpften Schwingung.]]
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;Wellenstrahlen
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|valign="top"|
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:Sie geben die Ausbreitungsrichtung der Welle an und sind senkrecht zu den Wellenfronten.
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; selbsterregte Schwingungen: So bezeichnet man angeregte Schwingungen, bei denen die Steuerung der Energiezufuhr durch das vorgegebene System selbst geschieht.
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:Beispiele sind die Selbsterregung von im Wind wackelnden Blättern ("Espenlaub"), das Streichen einer Violinsaite mit dem Bogen oder die menschliche Stimme. Eine Uhr als Ganzes führt auch eine selbsterregte Schwingung durch, denn das Uhrwerk steuert selbst die Energiezufuhr.
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;ebene Welle, Kreiswelle, Kugelwelle
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:Eine ebene Welle breitet sich nur längs einer Raumrichtung aus. Kugelwellen, Kreiswellen oder Zylinderwellen sind also keine ebenen Wellen.
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[[Datei:Schwingungen_schematisch_nach_Energiezufuhr_selbsterregt.png|thumb|none|350px|Energieflußdiagramm einer selbsterregten, gedämpften Schwingung.]]
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;homogene Welle
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:Eine homogene Welle besteht aus einem unendlich langen Wellenzug, bei dem alle beteiligten Schwingungen gleich sind. Diese Idealisierung der Realität ist mathematisch gut zu beschreiben.  
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;harmonische Welle
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:Bei dieser Welle sind alle Schwingungen [[Woran man eine harmonische Schwingung erkennt (Vier gleichwertige Kriterien)|harmonisch]]. Dies ist in der Natur nie exakt erfüllt. Vor allem bei größeren Amplituden der beteiligten Schwingungen, ähnlich dem [[Untersuchung_von_Schwingungen_mit_der_Differentialgleichung#Das_Fadenpendel|Fadenpendel]].
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;Amplitude einer Welle
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:Eine zeitlich und räumlich unbegrenzte Welle hat an jeder Stelle im Raum eine Amplitude. Sind diese alle gleich, kann man auch von ''der'' Amplitude der Welle sprechen.
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;Frequenz einer Welle
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:Wenn alle beteiligten Schwingungen mit der gleichen Frequenz schwingen, kann man auch von ''der'' Frequenz der Welle sprechen. Bei einer ebenen Welle ist dies in der Regel der Fall.
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Version vom 15. Dezember 2021, 09:07 Uhr

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Begriffe

Wellenträger
So bezeichnet man den Gegenstand innerhalb dessen sich die mechanische Welle ausbreitet.
Longitudinalwelle
Eine Schallwelle ist eine Longitudinal- oder auch Druckwelle. Bei einer Longitudinalwelle schwingen die Teilchen in der Ausbreitungsrichtung der Welle.
Transversalwelle
Eine Wasserwelle ist eine Transversalwelle[1] . Bei einer Transversalwelle schwingen die Teilchen vertikal zur Ausbreitungsrichtung.
Wellenzug/Wellenpaket/Wellengruppe
Der Wellenzug ist die Störung, die "losgeschickt" wurde.
Phasengeschwindigkeit
Die Phasengeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit mit der sich eine Phase in Schwingungsrichtung fortbewegt. (Z.B. Ein "Hochpunkt" der Störung.) (Im Unterschied dazu versteht man unter der Gruppengeschwindigkeit die Ausbreitungsgeschwindigkeit der "Einhüllenden" des Wellenpakets. Die beiden Geschwindigkeiten unterscheiden sich nur dann, wenn die Phasengeschwindigkeit von der Frequenz abhängig ist. (Sogenannte Dispersion) )
Wellenlänge
Die Wellenlänge ist der kürzeste Abstand zwischen zwei Schwingungen, die phasengleich schwingen.
Wellenfronten (grün) ("wandern mit") und Wellenstrahlen (rot) bei einer Kreiswelle.
Wellenfront
Verbindet man die benachbarten Orte im Raum, an denen die Schwingungen phasengleich sind, zB. alle "Berge", so erhält man Linien senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Sie heißen Wellenfronten und sind im Raum bei ebenen Wellen Ebenen, bei Kugelwellen Kugeln. Bei zweidimensionalen Wellen findet man bei der ebenen Welle Geraden und bei Kreiswellen Kreise:). Eindimensional ist das langweilig.
Wellenstrahlen
Sie geben die Ausbreitungsrichtung der Welle an und sind senkrecht zu den Wellenfronten.
ebene Welle, Kreiswelle, Kugelwelle
Eine ebene Welle breitet sich nur längs einer Raumrichtung aus. Kugelwellen, Kreiswellen oder Zylinderwellen sind also keine ebenen Wellen.
homogene Welle
Eine homogene Welle besteht aus einem unendlich langen Wellenzug, bei dem alle beteiligten Schwingungen gleich sind. Diese Idealisierung der Realität ist mathematisch gut zu beschreiben.
harmonische Welle
Bei dieser Welle sind alle Schwingungen harmonisch. Dies ist in der Natur nie exakt erfüllt. Vor allem bei größeren Amplituden der beteiligten Schwingungen, ähnlich dem Fadenpendel.
Amplitude einer Welle
Eine zeitlich und räumlich unbegrenzte Welle hat an jeder Stelle im Raum eine Amplitude. Sind diese alle gleich, kann man auch von der Amplitude der Welle sprechen.
Frequenz einer Welle
Wenn alle beteiligten Schwingungen mit der gleichen Frequenz schwingen, kann man auch von der Frequenz der Welle sprechen. Bei einer ebenen Welle ist dies in der Regel der Fall.




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