Wellen, Schall und Licht: Eigenschaften und Wechselwirkungen

Was ist eine Welle?

Eine Welle ist eine Störung, die Energie transportiert.

Eigenschaften von Wellen

Wellen haben ihren Ursprung in einer periodischen Störung und sich wiederholenden Impulsen.

• Frequenz: Die Anzahl der Impulse pro Zeit.
• Wellenlänge: Die zurückgelegte Entfernung der Welle in einer Periode.

Wellen breiten sich in alle Richtungen aus. Wenn sie auf ein Hindernis treffen:

• Reflexion: Richtungsänderung, wenn sie nicht passieren können.
• Brechung: Eintritt in das Hindernis und Änderung der Geschwindigkeit.

Arten von Wellen

• Mechanische Wellen: Entstehen z.B. durch einen plötzlichen Druckanstieg.
• Elektromagnetische Wellen: Treten bei elektrischen und magnetischen Störungen auf.

Geschwindigkeit der Welle

Die Geschwindigkeit der Welle hängt von der Art des Mediums ab.

Schallwellen

Dämpfung von Schall

Dämpfung beruht auf der Verteilung der Wellenenergie in einem zunehmenden Luftvolumen.

Dies geschieht, wenn das Medium, in dem sich der Schall ausbreitet, einen Teil seiner Energie aufnimmt.

Eigenschaften von Schall

• Stärke: Lautstärke (Unterschied zwischen leise und laut).
• Tonhöhe: Hängt von der Frequenz des Schalls ab (Unterschied zwischen Bässen und Höhen).
• Klangfarbe: Unterschied zwischen Stimmen und Klängen.

Lichtwellen

Wir bezeichnen Licht als Welle, obwohl es auch Teilcheneigenschaften hat (Photonen).

Das Lichtspektrum

Licht emittiert Wellen unterschiedlicher Frequenzen. Das sichtbare Lichtspektrum reicht von Rot (niedrigste Frequenz) bis Violett (höchste Frequenz).

Weißes Licht ist die Mischung aller Farben. UV-Licht hat eine höhere Frequenz als sichtbares Licht.

Wechselwirkung zwischen Licht und Materie

Verhalten von Materialien

Materialien verhalten sich unterschiedlich gegenüber Licht:

• Opak: Lässt kein Licht durch.
• Transluzent: Lässt fast alles Licht durch.
• Transparent: Lässt das meiste Licht durch und man kann hindurchsehen.

Lichtprozesse

Bei der Ausbreitung kann Licht verschiedene Prozesse durchlaufen: Reflexion, Brechung, Dämpfung (Absorption).

Arten der Reflexion

• Spiegelnde Reflexion: Tritt auf glatten Oberflächen wie Spiegeln auf.
• Diffuse Reflexion: Tritt auf den meisten Oberflächen auf, man sieht kein klares Bild.

Schatten und Spiegelbilder

Bildung von Schatten und Finsternis: Ein Effekt der geradlinigen Ausbreitung von Licht. Schatten sind Bereiche, in die kein Licht gelangt.

Spiegelbilder entstehen durch spiegelnde Reflexion.

Lichtbrechung

Licht wird abgelenkt, wenn es in ein transparentes Medium eintritt, da sich seine Ausbreitungsgeschwindigkeit ändert.

Absorption von Licht und Farben

Jedes Material absorbiert Photonen bestimmter Frequenzen und reflektiert andere.

Materialien, die wir als weiß sehen, reflektieren das gesamte Licht. Materialien, die wir als schwarz sehen, absorbieren das gesamte Licht.

Daltonismus

Daltonismus (Farbenblindheit): Unfähigkeit, Farben zu unterscheiden.