Welleneigenschaften — Physik, 14–17 Jahre
Wie Schwingungen Energie übertragen und durch Reflexion, Brechung und Interferenz wechselwirken.
Die Idee
Eine Welle ist eine sich wiederholende Störung, die Energie überträgt, ohne den Stoff insgesamt mitzunehmen. Die Frequenz gibt an, wie oft sie sich pro Sekunde wiederholt, die Wellenlänge ist der Abstand zwischen gleichen Punkten, und die Amplitude misst die Größe der Störung. Für die Geschwindigkeit gilt v = fλ.
Warum wir das brauchen
Wasserwellen, Schall, Licht und Erdbebensignale sehen verschieden aus, doch dieselben Wellenvorstellungen zeigen gemeinsame Muster. Die Wissenschaft brauchte eine Möglichkeit, Energie zu beschreiben, die sich durch Wasser, Luft, Festkörper oder den leeren Raum ausbreitet. Dieses Modell erklärt, warum Wellen zurückgeworfen und gebrochen werden, sich ausbreiten und einander verstärken oder auslöschen.
Durchgerechnetes Beispiel
Eine Schallwelle hat eine Frequenz von 500 Hz und eine Wellenlänge von 0,68 m. Verwende v = fλ: v = 500 × 0,68 = 340 m/s. Steigt die Frequenz auf 1000 Hz, während der Schall in derselben Luft bleibt, beträgt die Geschwindigkeit weiterhin etwa 340 m/s; die Wellenlänge wird daher 340 ÷ 1000 = 0,34 m.
Der häufige Denkfehler
Ein häufiger Fehler ist die Annahme, ein lauter Schall breite sich schneller aus als ein leiser. Das wirkt plausibel, weil eine starke Störung eine größere Amplitude hat und diese wie „mehr“ Welle aussieht. Im selben Medium verändert die Amplitude die übertragene Energie, die Frequenz aber die Tonhöhe; die Wellengeschwindigkeit wird vor allem vom Medium bestimmt.
Wo es vorkommt
Geräuschunterdrückende Kopfhörer erzeugen eine zweite Schallwelle, die mit dem unerwünschten Geräusch destruktiv interferiert. Brillen und Linsen nutzen die Brechung, um Licht abzulenken und brauchbare Bilder zu erzeugen. Radio, Mobilfunk, Ultraschall, Sonar und Erdbebenüberwachung messen oder senden Wellen anhand ihrer Frequenz, Laufzeit oder Richtung.
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