Was sind Kompressions- und Rarefaktionsbereiche in Wellen?

Wellen können zwei Grundformen annehmen: Quer- oder Auf- und Abbewegung und Längs- oder Materialkompression. Querwellen sind wie Meereswellen oder die Schwingungen in einem Klavierdraht: Sie können ihre Bewegung leicht sehen. Kompressionswellen sind dagegen unsichtbare abwechselnde Schichten komprimierter und verdünnter Moleküle. Schall- und Stoßwellen wandern auf diese Weise.

Kompressionswellen können sich nur durch ein materielles Medium wie Luft, Wasser oder Stahl ausbreiten. Ein Vakuum kann keine Kompressionswellen tragen, da es keine Substanz hat, um die Energie zu leiten. Durch ihre Abhängigkeit von einem Medium handelt es sich um mechanische Wellen, und das Medium bestimmt ihre Bewegungsgeschwindigkeit. Die Schallgeschwindigkeit durch Luft beträgt beispielsweise 346 Meter pro Sekunde. Ein dichtes Material wie Stahl leitet Schall mit 6.100 Metern pro Sekunde.

Wenn Sie eine sich durch die Luft bewegende Kompressionswelle sehen könnten, würden Sie einen Bereich von Molekülen sehen, der in die Richtung komprimiert wird, aus der die Welle austritt. Die Moleküle werden nach dem maximalen Kompressionspunkt immer dünner, bis Sie einen Bereich mit geringstem Druck mit den wenigsten Luftmolekülen sehen. Danach wird die Luft immer dichter, bis Sie wieder eine maximale Kompression erreichen. Der Abstand zwischen maximalen Kompressions- oder Verdünnungspunkten beträgt eine Wellenlänge. Wenn die Frequenz einer Welle ansteigt, wird ihre Wellenlänge kürzer.

Zwei oder mehr Wellen, die denselben Punkt in einem Medium durchqueren, interferieren miteinander. Sie können dies sehen, wenn Sie zwei Steine ​​​​in einen stillen Teich fallen lassen; Wellen breiten sich aus und überlappen sich. Das gleiche passiert mit Kompressionswellen. Wenn ein Kompressionspunkt auf einen verdünnten Punkt trifft, heben sich die beiden gegenseitig auf. Treffen zwei Kompressionspunkte aufeinander, verstärken sie sich gegenseitig, sodass ein Punkt mit doppeltem Druck entsteht.

Ein Strahl, der sich schneller als Schallgeschwindigkeit durch die Luft bewegt, erzeugt einen Überschallknall. Während sich der Strahl vorwärts bewegt, türmen sich Luftmoleküle vor ihm auf, wie Schnee vor einem Pflug. Die komprimierten und verdünnten Luftschichten bewegen sich nicht direkt aus einer Quelle heraus, wie es beim Schall der Fall ist. Die Stoßwelle bildet ein kegelförmiges Muster mit der Spitze kurz vor der Ebene und Druckwellen, die sich dahinter in immer größeren Kreisen bewegen.