Mechanische und
elektromagnetische Wellen spielen eine große Rolle beim Verständnis
naturwissenschaftlicher Vorgänge. In einer so genannten Wellenwanne wird
Wasser mit Erregern zu Wellenbewegungen angeregt. Die auftretenden
Wellenphänomene können damit gut experimentell untersucht und
verdeutlicht werden. Die bei den Wasserwellen gefundenen
Wellenbeschreibungen können später auch auf die elektromagnetischen
Wellenphänomene übertragen werden. Die Wellenwanne ist damit ein sehr
wichtiges qualitatives Experimentiergerät zum Verständnis der
vielfältigen Wellenphänomene mechanischer und elektromagnetischer
Wellen.
Erklärung über Phase:
Weisen beide Wellen keinen Phasenunterschied auf so haben sie beide
eine gleichgroße Auslenkung. Die Gesamtauslenkung ist daher doppelt
so groß wie die der Einzelwellen (konstruktive Interferenz). Haben
sie durch unterschiedliche Laufzeiten bedingt einen
Phasenunterschied von p so weisen sich
gleich große aber entgegen gesetzte Auslenkungen auf und löschen
sich an dieser Stelle so aus (destruktive Interferenz).
Dj=2p(Ds/l)
Erklärung über Gangunterschied: An Punkten, für die die
Differenz der Entfernungen von den beiden Wellenzentren (der
Gangunterschied
Ds) ein ganzzahliges
Vielfaches der Wellenlänge l ist, weisen
die Einzelwellen die gleiche Auslenkung auf. Die Gesamtauslenkung
ist daher doppelt so groß (konstruktive Interferenz). Umgekehrt sind
die Verhältnisse an Punkten, für die der Gangunterschied
Ds ein halbzahliges Vielfaches der
Wellenlänge l ist: die Wellen weisen
gleich große aber entgegen gesetzte Auslenkungen auf und löschen
sich an dieser Stelle aus (destruktive Interferenz).
Die Maxima und Minima liegen auf
Kurven, für deren Punkte die Differenz der Abstände (Dr) zu den beiden
Erregerzentren konstant und zwar gleich dem jeweiligen Gangunterschied
ist. Diese Kurven sind Hyperbeln (grün) mit den gemeinsamen
Erregerzentren als Brennpunkt.
Das Applet erfordert eine Java
Laufzeit Umgebung der Version 1.4 oder später. Diese wird bei Bedarf
herunter geladen.
Ein Spalt: In diesem Betriebsmodus wird das Huygens-Prinzip
sichtbar. Da nach diesem Satz jeder Punkt einer Welle gleichzeitig auch
Ausgangspunkt einer Elementarwelle ist, kommt es nicht zu einem
"Schatten" der Welle, sondern die Welle breitet sich nach dem
Spalt kreisförmig aus. Diesen Effekt nennt man auch Beugung einer
Welle.
Zwei und mehrere Spalte: Auch hier kommt es zu einer Beugung
an den Spalten. Die sich kreisförmig ausbreitenden Elementarwellen überlagern
sich, sie interferieren. Damit entstehen hinter dem Hindernis Bereiche
mit vergrößerter Amplitude und solche mit verkleinerter Amplitude.
Wird ein Doppelspalt angezeigt, dann ändert sich die Farbe der eben
beschriebenen Information je nach Position des Mauszeigers. Grüne
Ausgabe bedeutet, dass sich der Mauszeiger in einem Minimalbereich
befindet. Rote Ausgabe steht für Maximalbereich.
Die Maxima und Minima liegen auf
Kurven, für deren Punkte die Differenz der Abstände (Dr) zu den beiden
Erregerzentren konstant und zwar gleich dem jeweiligen Gangunterschied
ist. Diese Kurven sind Hyperbeln (grün) mit den gemeinsamen
Erregerzentren als Brennpunkt.
