Grundbegriffe und Beispiele zu mechanischen Wellen: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 24. Januar 2011, 23:11 Uhr

   * 1 Was ist eine Welle?
         o 1.1 Beispiele
         o 1.2 Definition
   * 2 Physikalische Fragestellungen
   * 3 Zusammenhang zwischen Schwingungen und Wellen
   * 4 Begriffe
   * 5 Versuche
         o 5.1 Versuch: Die Wellenmaschine
         o 5.2 Versuch: Magnetrollen
         o 5.3 Versuch: Tropfen auf Wasser
         o 5.4 Versuch: Seilwellen
         o 5.5 Versuch: Wellen in einer langen Feder
         o 5.6 Versuch: gekoppelte Pendel

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