Wellen sind die Ausbreitung einer Störung in einem Medium, das Energie von einem Ort zum anderen überträgt. Es gibt viele verschiedene Arten von Wellen, darunter Schallwellen, Oberflächenwellen, seismische Wellen sowie elektromagnetische und Lichtwellen.
Es gibt zwei Hauptarten, auf denen das Medium in Bezug auf die Wellenausbreitungsrichtung schwingt: quer und längs. Hier sind Beispiele für beide Arten von Wellen und die Physik dahinter.
Transversalwellen
Transversale Wellenbewegung tritt auf, wenn Punkte im Medium im rechten Winkel schwingen zur Laufrichtung der Welle. Wenn sich eine Welle von links nach rechts ausbreitet, schwingen die Partikel des Mediums auf und ab.
Beispiele für Transversalwellen sind Wellen an einer Schnur oder die Welle, die von einer Stadionmenge bei einem Ball erzeugt wird Spiel (bei dem sich die Welle durch das Stadion bewegt, während sich die einzelnen Personen einfach in ihren Sitzplätze).
Elektromagnetische Wellen oder Lichtwellen sind quer. Elektrische und magnetische Felder schwingen bei ihrer Ausbreitung senkrecht zur Bewegungsrichtung. Elektromagnetische Wellen können sich im Gegensatz zu mechanischen Wellen, die ein Medium benötigen, im Vakuum des Weltraums ausbreiten. Auf diese Weise kann die Erde Sonnenlicht und Sternenlicht aus Milliarden von Lichtjahren empfangen.
Ein weiteres Beispiel für transversale Wellen ist die Membran einer Trommel, wenn sie angeschlagen wird; die Membran bewegt sich auf und ab, wenn sich Wellen über ihre Oberfläche ausbreiten. Wenn die Membran so schwingt, erzeugt sie Schallwellen, die sich durch die Luft ausbreiten, die eher in Längsrichtung als in Querrichtung verlaufen.
Longitudinalwellen
Längswellen, auch genannt Druckwellen und Kompressionswellen, schwingen parallel zur Bewegungsrichtung der Welle. Wenn sich eine Welle von links nach rechts ausbreitet, erfolgt die Verschiebung des Mediums ebenfalls von links nach rechts, jedoch oszillierend an Ort und Stelle durch Stauchung und Dehnung.
Wenn sich ein Schall durch ein Medium, wie z. B. Luft, ausbreitet, verursacht er Kompressionen (Bereiche erhöhter Dichte) und Verdünnungen (Bereiche geringerer Dichte) in der Luft, während er sich bewegt. Unterschiedliche Soundtypen haben unterschiedliche Kompressions- und Verdünnungsmuster.
Beispiele für Longitudinalwellen sind Schallwellen oder die Wellen, die Sie erzeugen können, indem Sie einen Slinky über den Boden strecken und ihn entlang seiner Länge schieben oder ziehen. Sie können diese Wellen auch in Wasser und anderen Flüssigkeiten oder der Erde sehen – aber diese Beispiele können auch Transversalwellen haben.
Wasserwellen und Erdbeben
Wasser und Erde sind Medien, die erfahren beide quer und Longitudinalwellen. Erdbeben haben beide Arten von Wellen, während Wasserwellen eine spezielle Kombination von Transversal- und Longitudinalwellen haben, die als Oberflächenwellen bezeichnet werden.
In der Seismologie, der Erforschung von Erdbeben, gibt es zwei Haupttypen von Wellen: P-Wellen und S-Wellen. P-Wellen oder Primärwellen sind Longitudinalwellen, bei denen die Erde zusammengedrückt und in Richtung der Wellenausbreitung gestreckt wird.
S-Wellen oder Sekundärwellen sind transversal, wobei sich die Erde auf und ab bewegt, während sich die Welle ausbreitet. Primärwellen sind schneller als Sekundärwellen und werden daher bei einem Erdbeben oft zuerst entdeckt.
In Wasser und anderen Flüssigkeiten sind Wellen komplizierter. Wasserpartikel auf der Oberfläche bewegen sich beim Durchlauf einer Welle auf und ab – Querbewegung – aber sie wird auch eine Kompression am oberen Ende der Welle und eine Verdünnung am unteren Ende erfahren – longitudinal Bewegung. Wenn Sie einem einzelnen Wasserteilchen auf der Oberfläche folgen, während Wellen daran vorbeirauschen, werden Sie tatsächlich sehen, wie es sich im Kreis bewegt! Diese werden Oberflächenwellen genannt.
Außerhalb der Oberfläche sind alle Wellen in Flüssigkeiten longitudinal, da Massenflüssigkeiten nicht steif genug sind, um Energie transversal zu übertragen. Schüttgüter können jedoch Transversalwellen aushalten.