Grundlagen der Wellenbewegung

Die Wellenbewegung

Die Wellenbewegung ist eine Form der Energieübertragung, die nicht mit dem Transport von Materie verbunden ist. Eine Wellenbewegung ist die Ausbreitung einer Schwingung, d.h. die Ausbreitung einer Bewegung um die Ruhelage eines Körpers.

Eine Welle beschreibt die Lage, die zu jedem Zeitpunkt von der Störung getroffen wird.

Arten von Wellen

Mechanische Wellen

Mechanische Wellen entstehen durch eine Störung in einem elastischen Medium, das ohne die Verbreitung nicht existieren kann.

Elektromagnetische Wellen

Elektromagnetische Wellen können sich zwar durch bestimmte Medien ausbreiten, benötigen aber nicht zwingend ein elastisches Medium und können sich auch im Vakuum ausbreiten.

Ausbreitungsrichtungen von Wellen

Longitudinalwellen

Bei Longitudinalwellen erfolgen die Schwingungen der Teilchen um ihre Ruhelage in die gleiche Richtung, in der sich die Welle ausbreitet. Längswellen werden durch Verdichtung und Ausdehnung zwischen den Teilchen erzeugt, die zu vibrieren beginnen.

Transversalwellen

Bei Transversalwellen erfolgen die Schwingungen der Teilchen um ihre Ruhelage in einer Richtung, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle steht.

Wellencharakteristika

Wellenfront

Eine Wellenfront ist die Linie oder Fläche von Punkten, die von der Störung im gleichen Augenblick erreicht wurden.

Wellennormale

Die Wellennormale ist die imaginäre Linie, die senkrecht zur Wellenfront verläuft.

Ausbreitungsgeschwindigkeit

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit, v, ist der Abstand, den die Welle pro Zeiteinheit zurücklegt.

Wellenlänge

Die Wellenlänge ist der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten einer Welle, die sich in gleicher Weise schwingen. Sie wird in Metern ausgedrückt.

Periodendauer

Die Periodendauer, T, ist die Zeit, die die Störung benötigt, um eine Wellenlänge zurückzulegen. Sie entspricht der Zeit, die ein Punkt für eine vollständige Schwingung benötigt. Sie wird in Sekunden gemessen.

Frequenz

Die Frequenz, f, ist die Anzahl der Schwingungen, die ein Punkt pro Zeiteinheit durchläuft. Ihre Einheit ist das Hertz (Hz), was pro Sekunde bedeutet.

Amplitude

Die Amplitude, A, ist die maximale Auslenkung aus der Gleichgewichtslage, die die Punkte der mittleren Zone erreichen.

Intensität

Die Intensität, I, einer Wellenbewegung ist die Energie, die pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit senkrecht zur Ausbreitungsrichtung strömt. Sie entspricht der Leistung pro Flächeneinheit und wird in W/m² ausgedrückt.

Wellenphänomene

Reflexion

Reflexion ist die Richtungsänderung einer Welle, die auftritt, wenn sie auf eine glatte Oberfläche trifft, ohne sie zu durchdringen.

Brechung

Brechung ist die Geschwindigkeitsänderung einer Welle, die auftritt, wenn sie von einem Medium in ein anderes mit unterschiedlicher Tiefe und Dichte übergeht.

Beugung

Beugung ist das Phänomen, das auftritt, wenn eine Welle ihre Ausbreitungsrichtung ändert, wenn sie auf ein Hindernis oder eine Öffnung trifft, die kleiner oder gleich der Wellenlänge ist.

Schallwellen

Der Ton entsteht durch die Schwingungen von Körpern. Schall ist eine mechanische Welle, da er einen materiellen Träger für seine Ausbreitung benötigt, und ist eine longitudinale Welle, da sich die Teilchen des Mediums in die gleiche Richtung wie die Welle ausbreiten und Schallenergie emittieren.

Schall breitet sich in einem homogenen Medium mit konstanter Geschwindigkeit aus, d.h. mit gleichförmiger Bewegung.