Wellen: Eigenschaften, Phänomene und Formeln

Wellen: Eigenschaften und Phänomene

Wellen sind einzigartig, da sie sich frei durch den Raum ausbreiten oder lange Strecken zurücklegen können und dabei Energie transportieren.

Arten von Wellen

Es gibt zwei Arten von Wellen, die sich in entgegengesetzte Richtungen ausbreiten und eine stehende Welle bilden. Wenn eine Welle auf einen festen Punkt trifft, wird sie umgekehrt, was zu einer Welle führt, die durch Knoten (scheinbare minimale Amplitude) und Bäuche (maximale Amplitude) definiert wird.

Elemente zur Beschreibung einer Welle

• Wellenlänge: Die Entfernung zwischen zwei aufeinanderfolgenden gleichen Punkten einer Welle.
• Dehnung: Die Auslenkung aus der Gleichgewichtslage, die positiv oder negativ sein kann.
• Amplitude: Der maximale Wert, den die Auslenkung erreicht, gemessen vom Gleichgewichtspunkt in der Mitte.
• Periode (T): Die Zeit, die ein Teilchen für eine vollständige Schwingung benötigt (gemessen in Sekunden).
• Frequenz (f): Die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde.

Ausbreitungsgeschwindigkeit

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle gibt an, mit welcher Geschwindigkeit sich die Welle in Ausbreitungsrichtung bewegt. Sie ergibt sich aus dem Produkt von Wellenlänge und Frequenz:

v = λ * f

Wellenphänomene

• Reflexion: Wenn ein Material die weitere Ausbreitung einer Welle nicht zulässt, wird die Welle reflektiert.
• Transmission: Eine Welle kann von einem Medium in ein anderes übertragen werden, wobei einige ihrer Eigenschaften erhalten bleiben.
• Brechung: Die Ablenkung von Schallwellen in Luftschichten unterschiedlicher Temperatur.
• Absorption: Wellen können von Objekten absorbiert werden, was zu einem Dämpfen des Klangs führt, abhängig vom Material, das sich zwischen den Wellen befindet.

Ultraschallwellen

Ultraschallwellen sind Wellen mit einer Frequenz von über 100.000.000 Hz.

Formeln

Schallgeschwindigkeit in Luft

Die Schallgeschwindigkeit in Luft kann als Funktion der Temperatur mit folgendem Ausdruck berechnet werden:

v = v₀ + 0,6 m/s °C * Temperatur

Dabei ist v₀ = 331,7 m/s.

Allgemeine Ausbreitungsgeschwindigkeit

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit kann auch berechnet werden, indem die zurückgelegte Entfernung durch die dafür benötigte Zeit geteilt wird:

v = X / T

Eine weitere Formel zur Berechnung der Geschwindigkeit ist:

v = Wellenlänge * Periode oder v = Wellenlänge / Periode

Definition Wellenlänge

Die Wellenlänge (λ) ist der Weg, den die Welle in einem Zeitintervall zurücklegt, das einer Periode (T) entspricht. Sie stellt den Abstand zwischen zwei benachbarten Punkten der Welle dar, die sich im gleichen Schwingungszustand befinden.