Die Definition (wenig
hilfreich): Eine Welle bedeutet zeitlich und örtlich periodische
Veränderungen einer physikalischen Größe.
Eine Welle ist eine Art der
Energieausbreitung: Führt ein Oszillator eine harmonische Schwingung aus und
hat er eine Möglichkeit zur Energieübertragung auf benachbarte Oszillatoren
(Kopplung), dann kann die Energie im Laufe der Zeit von einem zum nächsten
Oszillator abwandern, und weiter zu einem dritten, usw. Dieses
Ausbreitungs-Phänomen nennt man Welle.
Wir denken uns ein Medium aus einzelnen
Teilchen zusammengesetzt, die durch Federkräfte miteinander
verbunden sind. Lenkt man das erste Teilchen aus, folgt das
zweite Teilchen, da es durch eine Feder mit dem ersten Teilchen
verbunden ist, und so geht es die ganze Teilchenkette weiter. Auf Grund der
Massenträgheit folgt das zweite Teilchen dem ersten aber mit einer
kurzen Zeitverzögerung (kleinen Phasendifferenz) seiner Bewegung.
Der Maßstab beträgt 1m pro Kästchen.
Frequenz = Hz
Geschwindigkeit = m/s
Transversalwelle
Longitudinalwelle
beide Wellen
Arbeitsauftrag: Bestätige
c=f l anhand von 10 Messungen mit Hilfe des Applets.
(Als Versuchprotokoll im Heft)
Frequenz f
Geschwindigkeit c
Anzahl Wellen n
Strecke s = Anz.
Kästchen*1m
Wellenlänge l=
s / n
rechnerisch: c = f l
1 Hz
2 m/s
z.B. 5
10*1m =10m
10m/5 = 2m
2m*1Hz = 2m/s
Die Frequenz f einer Welle ist deren unveränderliches
Merkmal. Hat die Welle in verschiedenen Medien unterschiedliche
Ausbreitungsgeschwindigkeiten c, so ändert sich die
Wellenlänge l. Es gilt m
c=f l
Bei dem Wort Welle denkt man
normalerweise an eine Wasserwelle. Tatsächlich ist eine Wasserwelle
allerdings ein Spezialfall einer Welle.
Eine
Longitudinalwelle, auch Längswelle genannt, ist eine
physikalische Welle, bei der die Bewegungsrichtung der schwingenden
Teilchen (Luftmoleküle, etc.) in Ausbreitungsrichtung verlaufen. Longitudinalwellen sind
sehr oft Druckwellen (z.B. Schall).
Das bedeutet das sich eine Überdruck (bzw. Unterdruck oder Zug) in
einem Medium in der Ausbreitungsrichtung fortpflanzt
(verschiebt/verbreitet). Die einzelnen Teilchen schwingen hierbei in
der Ausbreitungsrichtung um den Betrag der Amplitude hin und her.
Nach dem Durchlauf der Schwingung bewegen die Teilchen sich wieder
an ihre Ruhestellung zurück. Durch die Ausbreitung der Schwingung
geht keine Energie verloren (abgesehen von Reibungsverlusten
zwischen den Teilchen).
Eine
Transversalwelle, oder auch Schubwelle, ist eine
physikalische Welle, bei der die Bewegungsrichtung der schwingenden
Teilchen, bzw. die Feldlinien der beteiligten Felder zur
Ausbreitungsrichtung senkrecht verlaufen. Bei Transversalwellen gibt
es dreidimensional betrachtet zwei Schwingungsebenen, welche
untereinander und zur Ausbreitungsrichtung senkrecht stehen.
Wasserwellen
sind Oberflächenwellen, meist an der Grenzfläche zwischen Wasser und
Luft. Hierbei handelt sich um eine Überlagerung einer
Longitudinalwelle mit einer Transversalwelle. Die Oszillatoren
(Wasserteilchen) Wasserwellen führen insgesamt eine also
Kreisbewegung aus. Die Amplitude fällt mit wachsender Tiefe stark
ab.
Eine
sehr wichtige Eigenschaft von Transversalwellen ist die Möglichkeit
der Polarisation. Treffen Transversalwellen auf ein Längsgitter, so
kann nur der Schwingungsanteil in Gitterrichtung durch dieses
hindurch. Der andere Teil wird vom Gitter absorbiert.
Erdbebenwellen
bestehen aus verschiedenen Wellentypen, die sich mit
unterschiedlicher Geschwindigkeit fortbewegen.
Die Primärwellen (P-Wellen) sind Longitudinalwellen und haben
von allen Erdbebenwellen die größte Ausbreitungsgeschwindigkeit
(6-11 km/s). P-Wellen bewegen sich durch das Erdinnere.
Die Sekundärwellen
(S-Wellen) sind Transversalwellen. Sie breiten sich nur rund
halb so schnell aus wie P-Wellen. Die S-Wellen bewegen sich
ebenfalls durch das Erdinnere, können sich jedoch wie alle
Scherwellen nur in festen Medien ausbreiten (also nicht im flüssigen
Erdkern).
Der dritte Wellentyp sind die Oberflächenwellen (L-Wellen),
sie ähneln den Wellen auf der Oberfläche eines Gewässers. Sie
treffen zuletzt beim Seismometer ein. Sie breiten sich an der
Erdoberfläche aus, ihre Amplitude - die Stärke mit der die einzelnen
Teilchen schwingen - nimmt zur Tiefe hin rasch ab.
Eine
sehr wichtige Eigenschaft von Transversalwellen ist die Möglichkeit
der Polarisation. Treffen Transversalwellen auf ein Längsgitter, so
kann nur der Schwingungsanteil in Gitterrichtung durch dieses
hindurch. Der andere Teil wird vom Gitter absorbiert.
Erdbebenwellen
bestehen aus verschiedenen Wellentypen, die sich mit
unterschiedlicher Geschwindigkeit fortbewegen.