Wellen

Grundbegriffe / Grundlagen / Wellenarten

Eine Welle ist ein physikalischer Vorgang, bei dem Energie übertragen, jedoch kein Stoff transportiert wird. Eine Welle kann durch die zeitliche und räumliche periodische Änderung einer physikalischen Größe beschrieben werden.

· zeitliche Periode: Schwingungsdauer T

· räumliche Periode: Wellenlänge λ (kürzester Abstand zweier Oszillatoren, die in gleicher Phase schwingen)

Wellenlänge λ: kürzester Abstand zweier Oszillatoren, die in gleicher Phase schwingen

Ausbreitungs- bzw. Phasengeschwindigkeit c: Geschwindigkeit, mit der sich Schwingungszustände gleicher Phase bewegen

Die Voraussetzung für das Entstehen einer mechanischen Welle sind:

  1. ein schwingungsfähiges System
  2. Kopplung zwischen den einzelnen Oszillatoren
ohne Kopplung
mit Kopplung

Ist zur Ausbreitung einer Welle stets eine Kopplung zwischen den Oszillatoren erforderlich?

Für mechanische Wellen – JA!

Damit sich eine Wasserwelle ausbreiten kann, muss zwischen den einzelnen Oszillatoren (Wassermolekülen) eine Kopplung bestehen. Diese Kopplung sind hier die Kohäsionskräfte.

Damit sich eine Schallwelle ausbreiten kann, muss ein Medium existieren, z.B. Luft. Auch zwischen den Molekülen der Luft besteht eine Kopplung. In anderen Medien besteht eine stärkere oder schwächere Bindung zwischen den Molekülen. Daher breiten sich die Wellen auch mit anderen Geschwindigkeiten aus.

Für die Ausbreitun elektromagnetischer Wellen (z.B. Licht) ist kein Medium erforderlich.

Wellengleichung:

  • Schwingung des ersten Oszillators
  • zeitliche Verschiebung gegenüber dem ersten Oszillator
  • Wellengleichung

Wellenarten:

  • Transversal-Welle: Schwingungsvektor senkrecht zur Ausbreitungsrichtung
  • Longitudinal-Welle: Schwingungsvektor parallel zur Ausbreitungsrichtung