Wellenbewegung ist überall auf der Erde und im Universum. Zu den Wellenarten gehören Schallwellen, Wasserwellen, Wellen an einer Schnur und elektromagnetische Wellen, um nur einige zu nennen.
Was ist eine Welle?
Eine Welle ist technisch gesehen eine Störung in einem Medium, die sich durch Schwingungen (Hin- und Herbewegungen) in diesem Medium von einem Ort zum anderen ausbreitet. Einfacher gesagt,es ist eine Schwingung, die von der Materie durch Zeit und Raum getragen wird.
Ein wichtiges Merkmal einer Welle ist, dass sieüberträgt Energieaber egal. Eine Welle beginnt mit einem Energiegewinn irgendwo in einem Medium, beispielsweise einer Hand, die auf die Oberfläche eines Teiches drückt. Da jedes Partikel eines Materials Energie von diesem anfänglichen Stoß erhält – in diesem Beispiel die Wassermoleküle – stößt es auf die Partikel neben ihm, die die nächsten stoßen und so weiter.
Die Wassermoleküle ordneten sich nicht alle an neue Stellen im Teich an; sie drängelten sich nur hin und her, so wie Leute, die Schulter an Schulter in einer Menschenmenge stehen, auf der Stelle abprallen könnten, wenn jemand am Rand in sie hineinfällt.
Wellen gibt es in zwei Arten:
Transversalwellenwerden von Materie gebildet, die im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung der Energie schwingt. Jemand, der zum Beispiel das Ende eines an einer Wand befestigten Springseils pumpt, bewegt die Teile des Mediums (die Seil) vertikal, während die Energie horizontal entlang des Seils zur Wand wandert, bis das ganze Seil ziehen um.
Longitudinalwellenwerden von Materie gebildet, die in die gleiche Richtung schwingt wie die Energie, die sie trägt. Die früheren Beispiele für Wellen in einem Pool oder durch eine an einem Ende gestörte Menschenmenge sind beide längs.
Grundeigenschaften von Wellen
Die grundlegendsten Welleneigenschaften sind Wellenlänge, Amplitude, Frequenz und Periode.
EinerWellenlängeist definiert als der Abstand zwischen einem beliebigen Punkt auf einer Wellezum exakt gleichen Punkt auf der nächsten Welle.Zum Beispiel kann eine Wellenlänge vom Kamm oder der Spitze einer Welle im Ozean bis zum Kamm der nächsten Welle gemessen werden. Die Wellenlänge wird durch den griechischen Kleinbuchstaben Lambda (λ) und verwendet die SI-Längeneinheit Meter (m).
DasAmplitudeder Welle,EIN, ist ein Maß für die maximale Verschiebung einer beliebigen Materie im Medium aus seinem Gleichgewicht (oder Ruhelage). Für eine sinuskurvenförmige Welle, die um die x-Achse auf und ab geht, hat die Amplitude diegleiche Größe wie die höchste oder niedrigste Position. Als Maß für die Verschiebung wird auch die Amplitude in Metern (m) gemessen.
DasFrequenzeiner Welle,f, ist ein Maß dafür, wie viele Wellen in einer Sekunde passieren oder wie viele Schwingungen auftreten. Die SI-Einheit der Frequenz ist Hertz (Hz). Zum Beispiel schwingt ein Kind auf einer Schaukel um die Ruheposition der Schaukel hin und her und macht alle drei Sekunden eine komplette Hin- und Herfahrt. Das heißt sie geht durchein Drittel einer Vollwelle (Oszillation) pro Sekunde, also wäre ihre Frequenz 1/3 Hz.
DasZeitraumeiner Welle,T, ist der Kehrwert der Frequenz; statt wie viele Wellen pro Sekunde misst es die Zeit bis eine volle Welle oder Schwingung auftritt. Sie wird also in der SI-Zeiteinheit Sekunden (s) gemessen. Für dasselbe Kind auf der Schaukel beträgt ihre Wellenperiode drei Sekunden. (Beachten Sie, dass drei die Umkehrung von einem Drittel ist.)
Geschwindigkeit einer Welle
Wellengeschwindigkeit (v) ist die Geschwindigkeit, mit der eine Störung von einem Ort zum anderen wandert. Eine Welle bewegt sich mit einer Geschwindigkeit (in Metern pro Sekunde, m/s) gleich dem Produkt aus Frequenz und Wellenlänge. Die Wellengleichung lautet daher:
v=\lambda f
