Physik der Wellen: Schall und Licht einfach erklärt

Physik der Wellen: Schwingungen und Bewegungen

Eine Schwingung (Movement) ist eine oszillierende Bewegung, die eine zentrale Stellung einnimmt; dabei gibt es dieselbe Verschiebung auf beiden Seiten der zentralen Position. Eine Welle überträgt oszillierende Bewegungen oder Vibrationen ohne den Transport von Materie, jedoch wird Energie übertragen.

Eigenschaften und Ausbreitung von Schallwellen

Der Schall ist eine Welle. Klang ist die Ausbreitung von Schwingungen und Energie in einer geraden Linie und in alle Richtungen von der Schallquelle zu den Empfängern. Zu den Schallquellen zählen unter anderem Musikinstrumente. Die Ausbreitung von Schall ist die Übertragung der Schwingungen von Materieteilchen (kinetische Energie), die von Schallquellen erzeugt werden. Schall breitet sich je nach Beschaffenheit der Umgebung mehr oder weniger leicht aus.

Merkmale des Klangs

Der Klang wird durch die Intensität, die Tonhöhe und das Timbre (Klangfarbe) gekennzeichnet. Ein zu lang anhaltender Ton kann zu Lärmbelästigung führen. Schall bewegt sich durch die Luft mit einer konstanten Geschwindigkeit von etwa 340 m/s.

Schallintensität, Echo und Nachhall

Bei der Schallintensität können wir zwischen lauten und schwachen Geräuschen unterscheiden. Zudem gibt es Merkmale von tiefen (schweren) und hohen (akuten) Klängen. Der Echo-Effekt tritt auf, wenn derselbe Ton zeitversetzt doppelt oder mehrfach wahrgenommen wird. Beim Reverb (Nachhall) vermischt das Ohr beide Klänge, was oft als unangenehm empfunden wird.

Die Natur des Lichts: Reflexion und Brechung

Das Licht ist eine Welle, die sich in einer geraden Linie in alle Richtungen im Raum ausbreitet und Strahlungsenergie transportiert. Die Ablenkung von Licht wird durch die Effekte der Reflexion oder Brechung der Lichtstrahlen erzeugt, denen das Licht entlang seiner Flugbahn unterliegt. Ein Lichtstrahl prallt ab (Reflexion), wenn er auf ein undurchsichtiges Medium trifft, während ein Strahl gebrochen wird (Brechung), wenn sich das Ausbreitungsmedium ändert.

Lichtquellen und die Welt der Farben

Lichtquellen können natürlich oder künstlich sein. Eine natürliche Quelle wie ein Feuer strahlt Licht und Wärme aus. Künstliche Quellen wie weiße Glühbirnen enthalten alle Farben des Regenbogens. Jede Farbe besitzt eine zugehörige Energie. Die Grundfarben werden in Basis-Lichtfarben eingeteilt. Durch richtiges Mischen erhält man eine große Vielfalt an Farben.

Gesetze der Lichtreflexion

Die Reflexion des Lichts ist die Ablenkung, die Strahlen erfahren, wenn sie auf eine undurchsichtige Oberfläche treffen und zum Ursprungsmedium zurückgeworfen werden.

• 1. Gesetz: Der einfallende Strahl, das Lot (die Normale) und der reflektierte Strahl liegen in derselben Ebene.
• 2. Gesetz: Der Einfallswinkel i und der Reflexionswinkel r sind gleich groß.

Begriffsdefinitionen:

• Einfallender Strahl: Ein Strahl, der vom Objekt ausgeht.
• Reflektierter Strahl: Der Strahl nach der Reflexion.
• Normale: Eine imaginäre, senkrechte Linie (Lot).
• Einfallswinkel: Der Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und der Normalen.
• Reflexionswinkel: Der Winkel zwischen dem reflektierten Strahl und der Normalen.

Gesetze der Lichtbrechung

Die Brechung ist die Ablenkung, die Lichtstrahlen bei der Ausbreitung in einem transparenten Medium erfahren.

• 1. Gesetz: Der einfallende Strahl, der gebrochene Strahl und die Normale liegen in der gleichen Ebene.
• 2. Gesetz: Der Einfallswinkel und der Brechungswinkel sind nicht gleich groß.