Welle - Physik.

« Welle - Physik. 1 EINLEITUNG Welle , Begriff für einen sich räumlich ausbreitenden Vorgang (z.

B.

eine Schwingung), bei dem Energie transportiert wird. In der Physik versteht man unter dem Begriff „Welle” ebenfalls die einmalige bzw.

periodisch wiederkehrende Störung von Teilchen eines Mediums oder die Störungphysikalischer Felder – diese Felder können sich dabei in dem Medium oder auch im Vakuum befinden.

So benötigen beispielsweise mechanische Wellen (z.

B.

Erdbeben-oder Meereswellen) ein Medium, während sich elektromagnetische Wellen ( siehe elektromagnetische Strahlung, z.

B.

Licht) auch im Vakuum ausbreiten können. Eine besondere Stellung nehmen so genannte Materiewellen ein.

In diesem Zusammenhang gelang es im Oktober 1999 einem Forscherteam der Universität Wien, einenMateriestrahl aus Fullerenmolekülen (C 60) zu erzeugen, der an einem Beugungsgitter entsprechender Größe Interferenzerscheinungen hervorrief, also Eigenschaften einer Welle aufwies.

Bei einem anderen Experiment gelang es Forschern Elektronenstrahlen mit Hilfe stehender Lichtwellen zu beugen.

Siehe auch Welle-Teilchen-Dualismus 2 WELLENARTEN Formen der WellenausbreitungDiese Abbildungen illustrieren vereinfacht Longitudinal- oder Längswellen und Transversal- oder Querwellen.

Beispiele aus der Naturfür Longitudinalwellen sind Schallwellen, Meereswellen entsprechen Transversalwellen.© Microsoft Corporation.

Alle Rechte vorbehalten.

- Physik. Die einfachste Welle ist die so genannte Sinuswelle oder auch harmonische Welle.

Bei ihr wiederholt sich die Auslenkung aus der Ruhelage räumlich und zeitlich inperiodischen Abständen.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen ist immer endlich.

Man unterscheidet je nach Schwingungsrichtung in zwei Wellenarten: Longitudinal-und Transversalwellen.

Wenn sich eine Welle aus nacheinander folgenden verdichteten und verdünnten Bereichen zusammensetzt (Schwingungs- und Ausbreitungsrichtungsind parallel zueinander), so spricht man von einer Längs- oder Longitudinalwelle. Stehen Schwingungs- und Ausbreitungsrichtung senkrecht aufeinander, so bezeichnet man diese Welle als Quer- bzw.

Transversalwelle. Schallwellen sind z.

B.

longitudinale Wellen, während Wasser- oder Meereswellen Beispiele für transversale Wellen darstellen.

Elektromagnetische Wellen können nur als transversale Wellen auftreten.

Bei ihnen schwingen praktisch elektrische und magnetische Feldstärke ( siehe Elektrizität; Magnetismus) innerhalb des felderfüllten Raumes, wobei die Felder bzw.

die Feldvektoren senkrecht aufeinander stehen ( siehe Optik). 3 MERKMALE WellenausbreitungWellen können sich auf verschiedene Weisen ausbreiten.

Der einfachste Fall ist im ersten Teil der Abbildung dargestellt.

Bei derBrechung an einem Medium lösen die von links oben einfallenden Wellenfronten (A, B, C, D) an der Grenzfläche Sekundärwellen aus,die sich zu neuen Wellenfronten überlagern (A′, B ′, C ′, D ′).

Im Fall einer Beugung (z.

B.

am Spalt) überlagern sich dieSekundärwellen zu Beugungsmaxima und Beugungsminima.© Microsoft Corporation.

Alle Rechte vorbehalten. Wellen entstehen durch Wechselwirkungen in schwingfähigen Systemen.

Ausgangspunkt einer Welle ist das Wellenzentrum.

Von hier breiten sich die Wellen zu allen Seitenhin aus.

Die Wellenfläche oder -front bilden die Punkte des Raumes, die sich im gleichen Schwingungszustand befinden – man sagt, sie schwingen in Phase.

Stellen dieWellenflächen dabei Ebenen, konzentrische Kugeln oder Zylinder dar, so spricht man von ebenen Wellen (Planwellen), Kugelwellen oder Zylinderwellen.

Als Wellennormalebezeichnet man die Senkrechten auf den Wellenflächen. Wellen werden üblicherweise durch die Wellenlänge ( λ ), Wellenzahl (1/ λ), Frequenz (u), Ausbreitungsgeschwindigkeit (c) und durch die Amplitude (A) bestimmt.

Die Wellenlänge λ ist der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Punkten einer Welle, die in Phase schwingen – also zu ein und derselben Zeit den gleichenSchwingungszustand besitzen.

Die Wellenzahl 1/ λ ist der Kehrwert der Wellenlänge.

Diese Zahl beschreibt praktisch die Anzahl ganzer Wellen pro Längeneinheit.

DieFrequenz u gibt die Anzahl der in gleicher Phase befindlichen Wellenflächen pro Sekunde an.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit c ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Welle vom Wellenzentrum aus in einem Medium bzw.

im Vakuum fortpflanzt.

So beträgt beispielsweise die Schallgeschwindigkeit bei Normaldruck (1 bar) und einer Temperatur von 0 °C in Luft 331 Meter pro Sekunde ( siehe Schall).

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum liegt etwa bei 300 000 Kilometern pro Sekunde ( siehe Licht).

Unter dem Begriff Amplitude A (auch Schwingungsbauch) versteht man die Schwingungsweite, also den maximal erreichten Abstand von der Mittellage.

Dabei bezeichnet man die Bereiche positiver Auslenkung als Wellenberge, die Stellen negativer Auslenkung sind die Wellentäler.

Weil die Ausbreitungsgeschwindigkeit auch die Geschwindigkeitwiedergibt, mit der sich bestimmte Schwingungsphasen ausbreiten, bezeichnet man sie auch als Phasengeschwindigkeit. Pflanzt sich eine Welle durch ein Medium fort, geht die von ihr transportierte Energie durch Absorption an das Medium verloren.

In diesem Falle spricht man von einer. »