wellen Physik

• Gekoppelte Pendel:

  • Mehrere Pendel sind so miteinander verbunden, dass jedes Pendel durch die Schwingung der anderen Pendel selbst zum Schwingen gebracht wird
  • Lenkt man das erste Pendel einer Reihe aus, bewirkt dies nach einiger Zeit auch eine Elongation beim letzten Pendel, wobei Energie von einem Pendel zum nächsten übertragen wird
• Definition Welle:

  • Wird Energie über ein System gekoppelter Oszillatoren (Pendel) übertragen, spricht man von einer Welle
• Einteilung von Wellen:

  • Nach Schwingungsrichtung: Longitudinal (z.B. Schall) und Transversalwellen (z.B. Licht)
  • Nach dem schwingenden Medium: Mechanische (z.B. Schall) und elektromagnetische Wellen (z.B. Licht im sichtbaren/unsichtbaren Bereich)
• Longitudinalwellen:

  • Bei Longitudinalwellen schwingen die einzelnen Oszillatoren in Ausbreitungsrichtung, wobei sich Verdichtungen und Verdünnungen ausbreiten (z.B. Schall)
• Transversalwellen:

  • Transversalwellen sind Wellen, bei denen die einzelnen Oszillatoren senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingen, wodurch Wellenberge und Wellentäler entstehen (z.B. Seilwellen, Licht)
• Mechanische Wellen:

  • Bei mechanischen Wellen werden Massen aus ihrer stabilen Gleichgewichtslage gebracht und durch rücktreibende Kräfte veranlasst dorthin zurückzukehren (z.B. Wasserwellen, Seilwellen, Schallwellen)
• Elektromagnetische Wellen:

  • Bei elektromagnetischen Wellen erfahren elektromagnetische Felder eine räumliche und zeitliche Veränderung (z.B. Licht, Funkwellen)
• Bei harmonischen Wellen werden alle Größen verwendet, die auch bei Schwingungen genutzt werden, jedoch werden zusätzliche Größen benötigt aufgrund der räumlichen Ausbreitung
• Physikalische Größen bei der harmonischen Schwingung:

  • Periodendauer T = Schwingungsdauer = Zeit einer vollen Schwingung, [T] = 1s
  • Frequenz f = Anzahl der Schwingungen pro Sekunde, [f] = 1/s = 1Hz
  • Amplitude r = maximale Auslenkung, [r] = 1m
  • Kreisfrequenz w
  • Elongation y(t) = momentane Auslenkung, [r] = 1m
• Die Wellenlänge (Lambda) ist der räumliche Abstand zweier gleicher aufeinander folgender Bewegungszustände, [Lambda] = 1m
• Die Ausbreitungsgeschwindigkeit c ist die Geschwindigkeit, mit der ein Schwingungszustand in Ausbreitungsrichtung fortwandert, [c] = 1 m/s
• Die Frequenz einer Welle hängt nur von der Erregerfrequenz ab und ändert sich bei der Ausbreitung nicht
• Eine Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit hat eine Änderung der Wellenlänge zur Folge
• Die Elongation ist nicht nur von der Zeit, sondern auch vom Ort abhängig
• Eindimensionale Wellen = lineare Wellen: Die Ausbreitung erfolgt nur in eine Richtung, z. B.: Seilwellen
• Zweidimensionale Wellen = Flächenwellen: Die Ausbreitung erfolgt entlang einer Fläche, z.B.: Ein Stein fällt
• Arten von Wellen:

  • Eindimensionale Wellen = lineare Wellen: Ausbreitung nur in eine Richtung (z.B.: Seilwellen)
  • Zweidimensionale Wellen = Flächenwellen: Ausbreitung entlang einer Fläche (z.B.: Ein Stein fällt ins Wasser)
  • Dreidimensionale Wellen = Raumwellen: Ausbreitung in alle Raumrichtungen (z.B.: Schall im Raum)

  
• Reflexion von Wellen:

  • Reflexion am festen Ende: Ein Phasensprung tritt auf (Wellenberg wird zu Wellental und umgekehrt)
  • Reflexion am losen Ende: Kein Phasensprung
  • Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Ausfallswinkel
  • Diffuse Reflexion: tritt auf, wenn Lichtstrahlen oder Wellen auf eine raue Oberfläche treffen