Mechanische Wellen

→ Eine mechanische Welle ist die Ausbreitung einer Schwingung, bei der Energie übertragen, jedoch kein Stoff transportiert wird.

Voraussetzungen für mechanische Wellen:

  • Kopplung der schwingenden Teilchen aneinander

Beispiele für mechanische Wellen:

    • Wasserwellen
    • Schallwellen
    • Druckwellen
    • Newtonpendel
    • (elektromagnetische Wellen)

Arten mechanischer Wellen

  • harmonisch (Sinusfunktion; Bsp.: Wasserwelle, Ton)
  • nicht-harmonisch (keine Sinusfunktion; Bsp.: Schütteln einer Wasserflasche, Geräusch)
  • Transversalwelle
  • Longitudinalwelle

Fallbeispiel Quer-/Transversalwelle


Skizze: Transversalwelle

→ Bei einer Transversalwelle schwingen die Teilchen quer/senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle.

Bsp.:

  • Wasserwelle
  • schwigendes Seil (Vergl. Sportelement)
Ausbreitungsgeschwindigkeit

→ Die Ausbreitungsgeschwindigkeit gibt an, mit welcher Geschwindigkeit sich ein bestimmter Wellenpunkt fortbewegt.

    • Formelzeichen c; v
    • Einheit: \left[\dfrac{\textrm{m}}{\textrm{s}}\right]
    • Formel: c = \lambda \cdot f; \dfrac{s}{t}
Wellenlänge

→ Die Wellenlänge ist der Abstand zwischen zwei gleichen Schwingungszügen einer Welle.

  • Formelzeichen: \lambda
  • Einheit: [m]
  • Formel: \lambda = \dfrac{v}{f}

Fallbeispiel Längs-/Longitudinalwelle

→ Bei einer Longitudinalwelle schwingen die Teilchen längs/parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle.
Bsp.:

    • Schall/Druckänderung
    • Newtonpendel


Longitudinalwelle im x-y-Diagramm; häufiger ist die Darstellung im t-x-Diagramm anzutreffen.

Fallbeispiel Sonderform Kreiswelle

  • Ausbreitung allseitig
  • Ursache: punktförmiger Erreger
  • Bsp.: Stein im Wasser
Reflexion

→ Wellen können an Hindernissen reflektiert werden, wobei das Reflexionsgesetz α = α‘ gilt.

Bsp.: Hall in Kirche

Beugung

→ Trifft eine mechanische Welle auf ein Hindernis, so dringt sie teilweise hinter dessen Schattenraum ein; dieses Phänomen wird als Beugung bezeichnet.

Bsp.: Rufen hinter Litfaßsäule trotzdem hörbar

Interferenz:

→ Treffen zwei Wellen gleicher Frequenz aufeinander, so überlagern sie sich, wobei in bestimmten Bereichen eine Verstärkung (konstruktive Interferenz) oder Abschwächung (destruktive Interferenz) der Wellen austritt. Diesen Vorgang nennt man Interferenz.

sneu = s1 + s2
Bsp.: mehrere Steinwürfe in Wasser

Sonderfall stehende Welle

→ Die Interferenz zweier gegenläufiger Wellen (gleicher Frequenz) mit gleicher Amplitude ergibt eine stehende Welle. Der Abstand zweier benachbarter Schwingungsknoten beträgt \dfrac{\lambda}{2}.

Schall

siehe Vortrag;

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