Wellengeschwindigkeit, Frequenz und Wellenlänge — Sport, 14–17 Jahre
Wellen übertragen Energie und Informationen, ohne die Materie insgesamt mitzunehmen. Drei Größen beschreiben ihr wiederkehrendes Muster: Geschwindigkeit, Frequenz und Wellenlänge.
Die Idee
Eine Welle ist eine sich ausbreitende, wiederholte Störung. Die Frequenz gibt an, wie viele vollständige Wellen pro Sekunde an einem Punkt vorbeikommen; die Wellenlänge ist der Abstand zwischen gleichen aufeinanderfolgenden Punkten. Es gilt: Wellengeschwindigkeit = Frequenz × Wellenlänge, v = fλ.
Warum das wichtig ist
Man brauchte eine gemeinsame Beschreibung für Wasserwellen, Schall und Licht, obwohl sie sehr verschieden aussehen. Die Beziehung v = fλ erklärt, warum bei gleicher Umgebung eine höhere Frequenz eine kürzere Wellenlänge bedeutet: In dieselbe Strecke passen mehr Wellenzyklen.
Ein berechnetes Beispiel
Eine Schallwelle bewegt sich mit 340 m/s durch die Luft und hat eine Frequenz von 680 Hz. Wir beginnen mit v = fλ und stellen nach λ = v/f um. Einsetzen ergibt: λ = 340 ÷ 680 = 0,50 m. Ein Wellenzyklus ist also einen halben Meter lang.
Der häufige Denkfehler
Es ist verständlich zu denken, ein lauterer Ton habe eine höhere Frequenz. Die Lautstärke hängt hauptsächlich von der Amplitude, also der Größe der Schwingung, ab; die Frequenz bestimmt die Tonhöhe. Beides wirkt verbunden, weil eine starke Schwingung auffälliger klingt, aber es sind verschiedene Größen.
Außerhalb der Schule
Radiosender nutzen verschiedene Frequenzen, damit ihre Signale getrennt werden können. Ärzte verwenden Ultraschallwellen für Bilder aus dem Körperinneren, und Musiker wählen Töne mit bestimmten Frequenzen. In allen Fällen beschreiben Wellengeschwindigkeit, Frequenz und Wellenlänge, was gesendet und empfangen wird.
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