Beugung an Öffnungen und Hindernissen: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 24. November 2017, 12:22 Uhr

(Kursstufe > Mechanische Wellen)

Beispiele

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  Hinter der Lärmschutzwand kann man die Züge noch hören auch wenn man sie nicht sehen kann. (Hängt der Lärm vom Wetter ab?)

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  Den Subwoofer kann man getrost hinter das Sofa stellen, die Hochtöner sollte man dagegen nicht hinter die Gardine platzieren.

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  Innerhalb des Hafens ist fast kein Wellengang.
  Video: Eine Kreiswelle trifft auf eine Kante

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  "Point Udall", die äußerste östliche Spitze der USA mit einigen Felsen vor dem Strand.

Eine Lärmschutzwand

Aufbau

Jemand hält sich beim Sprechen einen Gegenstand, zB. ein großes Geodreieck vor den Mund.

Vor eine Stimmgabel haben wir das Geodreieck gehalten.

Beobachtung

Die Stimme klingt leiser und dumpfer. Die Stimmgabel klingt leiser.

Versuche in der Wellenwanne

Aufbau

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  Die Wellenwanne

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  Detail

Beobachtung

• Eine ebene Welle trifft auf eine Kante
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  [math]f=10\,\rm Hz[/math]

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  [math]f=20\,\rm Hz[/math]

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  [math]f=30\,\rm Hz[/math]

Bei einer kleinen Frequenz und somit einer großen Wellenlänge dringt die Welle tief in den geometrischen Schattenbereich ein. Je größer die Frequenz, desto geringer ist der Effekt.

Wenn man genau hinsieht, erkennt man nach der Kante ein Beugungsmuster mit unterschiedlichen Amplituden.

• Eine ebene Welle trifft auf ein Hindernis
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  [math]f=10\,\rm Hz[/math] (Video)

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Die Welle umläuft das Hindernis und dringt in den Schattenraum ein. Hinter dem Hindernis ist ein Muster zu erkennen: Längs der Symmetrieachse ist die Amplitude groß, daneben gibt es zwei Bereiche mit geringer Amplitude.

• Eine ebene Welle trifft auf einen Spalt
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  Kleine Spaltbreite, [math]f=10\,\rm Hz[/math]

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  Kleine Spaltbreite, [math]f=20\,\rm Hz[/math]

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  Kleine Spaltbreite, [math]f=30\,\rm Hz[/math]

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  Mittlere Spaltbreite, [math]f=10\,\rm Hz[/math]

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  Mittlere Spaltbreite, [math]f=20\,\rm Hz[/math]

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  Mittlere Spaltbreite, [math]f=30\,\rm Hz[/math]

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  Mittlere Spaltbreite, [math]f=40\,\rm Hz[/math]

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  Große Spaltbreite, [math]f=10\,\rm Hz[/math]

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  Große Spaltbreite, [math]f=20\,\rm Hz[/math]

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  Große Spaltbreite, [math]f=30\,\rm Hz[/math]

• 

  Große Spaltbreite, [math]f=40\,\rm Hz[/math]

Bei einer Spaltbreite, die kleiner ist als die Wellenlänge, breitet sich hinter dem Spalt annähernd eine Kreiswelle aus. Je größer die Spaltbreite im Verhältnis zur Wellenlänge, desto weniger dringt die Welle in den Schattenbereich ein. Bei einer "sehr großen" Spaltbreite wird durch den Spalt der mittlere Teil der Welle "herausgeschnitten".

Beträgt die Spaltbreite einige Wellenlängen, so erkennt man hinter dem Spalt Bereiche von großen und kleinen Amplituden, ein "Beugungsmuster".

• Eine ebene Welle trifft auf einen Doppelspalt
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  [math]f=10\,\rm Hz[/math]

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  [math]f=20\,\rm Hz[/math]

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  [math]f=30\,\rm Hz[/math]

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  [math]f=40\,\rm Hz[/math]

An jedem der Spalte breitet sich eine Kreiswelle aus, wie auch bei dem Einfachspalt. Man erkennt hinter dem Doppelspalt ein Muster von Bereichen mit großen und kleinen Amplituden, ähnlich der Zwei-Quellen-Interferenz.