Wärme, Schall und Licht: Grundlagen und Phänomene

Wärmeübertragung

Energie kann durch Wärmeleitung übertragen werden. Wärmeleitung ist die Ausbreitung thermischer Energie ohne Verschiebung der Materie. Thermische Konvektion ist die Ausbreitung durch Verschiebung der Materie; sie tritt in der Regel in Flüssigkeiten auf. Strahlung ist die Ausbreitung von Energie durch elektromagnetische Wellen ohne materiellen Träger.

Schall

Schall: Reflexion von Schallwellen: Wie alle Wellenbewegungen werden Schallwellen teilweise oder vollständig reflektiert, wenn sie auf eine Oberfläche treffen. Das menschliche Ohr kann zwischen der einfallenden Schallwelle, die direkt von der Schallquelle kommt, und der reflektierten Welle unterscheiden; wenn die Differenz in der Ankunftszeit mehr als 0,1 s beträgt, nennt man dieses Phänomen Echo.

Brechung ist die Änderung der Richtung und Geschwindigkeit von Schallwellen, wenn sie von einem Medium in ein anderes übergehen oder sich Dichte bzw. Temperatur des Mediums ändert.

Resonanz. Die Eigenfrequenz ist die natürliche Frequenz, mit der ein Körper spontan vibriert, wenn er nicht durch eine äußere Störung erzwungen wird. Wenn die Frequenz einer Schallwelle die Eigenfrequenz eines Körpers erreicht, wird ein großer Teil der Energie der Welle aufgenommen und der Körper schwingt mit maximaler Amplitude. Dieses Phänomen bezeichnet man als Resonanz.

Licht

Lichtreflexion

Lichtreflexion: Die Richtung des Lichts ändert sich, wenn es auf eine polierte, undurchsichtige Oberfläche trifft. Dabei ändert sich in der Regel nichts an der Ausbreitungsgeschwindigkeit im jeweiligen Medium. Die Normale ist die imaginäre Linie senkrecht zur Einfallsebene am Betrachtungspunkt (z. B. Punkt A). Der Einfallswinkel wird zwischen dem einfallenden Strahl und der Normale gebildet. Die Reflexion erfolgt spiegelbildlich zur Normale, wobei der reflektierte Strahl auf der anderen Seite der Normale liegt.

Brechung

Brechung ist die Änderung der Richtung des Lichts, die auftritt, wenn Licht von einem Medium in ein anderes übergeht. Dabei können Richtung und Geschwindigkeit des Lichts verändert werden.

Gesetze der Reflexion und Brechung

Gesetze der Reflexion:

• Einfallsstrahl, reflektierter Strahl und Normale liegen in derselben Ebene.
• Einfallswinkel und Reflexionswinkel sind gleich.

Gesetze der Brechung:

• Einfallsstrahl, gebrochener Strahl und Normale liegen in derselben Ebene.
• Einfallswinkel und Brechungswinkel stehen in Beziehung gemäß dem Snell'schen Gesetz: n1 · sin(θ1) = n2 · sin(θ2).

Arten von Wellen

Arten von Wellen:

• Mechanische Wellen
• Elektromagnetische Wellen
• Längs- und Querwellen