Big Bang Physik 6, Schulbuch

50  RG 6.1, G 6.2 Wellen Und die Schwingungsdauer der Welle ist der Kehrwert der Frequenz (siehe Kap. 18.2, S. 31). Zwischen Wellengeschwin- digkeit, Frequenz und Wellenlänge besteht ein fundamen- taler Zusammenhang, der immer gültig ist. Kennst du zwei Größen, kannst du die dritte sofort berechnen (siehe Tab. 19.2): Formel: allgemeine Wellengeschwindigkeit v  =  f · l  oder  v  = ​  l __  T ​ v … Geschwindigkeit in m/s f … Frequenz in Hertz λ …Wellenlänge in m T … Schwingungsdauer in s  Welle λ [m] v [m/s] f [s –1 ] T [s] grünes Licht 5 · 10 –7 c ≈ 3 · 10 8 6 · 10 14 1,7 · 10 –5 „Kammerton“ 440 Hz 0,77 ≈ 340 440 2,3 · 10 –3 10.000 Hz 0,034 ≈ 340 10.000 10 –4 Trägerwellen Ö3 3,003 c ≈ 3 · 10 8 99,9 1,001 · 10 –9 Tsunami 2 · 10 5 200 0,001 1000 Tab. 19.2:  Fünf Beispiele für Wellenlängen: Licht hat eine extrem kurze Wellenlänge. Schall- und Radiowellen liegen im Zentimeter- bzw. Meterbereich. Tsunamis haben Wellenlängen von rund 200km! Wovon kann die Geschwindigkeit einer Welle generell ab- hängen? 1) Von der Art der Welle, 2) von der Beschaffenheit des Mediums, 3) von der Schwingungsart der Welle und 4) von der Wellenlänge. Diese Kriterien treffen allerdings nicht immer alle gleichzeitig zu! Sehen wir uns exemplarisch ein paar Beispiele an. 1) Die Wellengeschwindigkeit hängt von der Art der Welle ab (Tab. 19.1, S. 48). Die Lichtgeschwindigkeit c ist die Ober- grenze aller Geschwindigkeiten im Universum. Licht, Funk­ signale und Gravitationswellen bewegen sich mit dieser Maximalgeschwindigkeit. Wäre die Sonne in diesem Moment weg, dann würdest du das Verschwinden des Lichts und der Gravitation erst rund 8 Minuten später merken ( F15 ). Abb. 19.16:  Definition der Wellenlänge am Beispiel einer longitudinalen und transversalen Erdbebenwelle F 19.3 Ozean und Wasserpfütze Wellenlänge und -geschwindigkeit In diesem Abschnitt geht es um weitere Grundeigenschaf- ten von Wellen: Länge und Geschwindigkeit. Wir werden uns diese am Beispiel Licht, Schall und Wasserwellen an- schauen. Bei der Beschreibung von Wellen treten zwei neue Begriffe auf: Wellenlänge und Wellengeschwindigkeit . Die Wellen- länge wird immer zwischen zwei Punkten gemessen, die gleich stark ausgelenkt sind. Man sagt dazu, dass sie in „gleicher Phase“ sind. Welche Punkte du nimmst, ist im Prinzip egal. Meistens misst man aber zwischen zwei Wellenbergen (Abb. 19.16b) bzw. zwischen Punkten maxi- maler Verdichtung (a). Die Wellenlänge trägt immer den Buchstaben λ (Lambda), das ist ein kleines griechisches L. Die Wellengeschwindigkeit ( v ) ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Welle ausbreitet. Diese kann maximal so groß sein wie die Lichtgeschwindigkeit ( c ) (siehe auch Tab. 19.1, S. 48). Weiters gelten für Wellen drei Begriffe, die du schon von den Schwingungen kennst: Die Amplitude gibt an, wie stark die Welle ausgelenkt ist. Die Frequenz gibt an, wie viele Wellenberge oder Stellen maximaler Verdichtung an einem Beobachter pro Sekunde vorüberziehen. Was versteht man unter den Begriffen Amplitude, Schwingungsdauer und Frequenz? Lies nach in Kap. 18.2, S. 31. Wenn du einen Stein ins Wasser wirfst und den ersten Ring beobachtest, wirst du sehen, dass sich dieser bald in mehrere Ringe aufteilt. Warum? Wie schnell ist eine Tsunami-Welle? Und welche Wellenlänge hat sie? Was denkst du? Wenn man die Sekunden zwischen Blitz und Donner zählt – und dann irgendwie rechnet – weiß man, wie weit der Blitz weg war! Wie geht das genau? Wie lange dauert es, bis wir auf der Erde eine Änderung in Licht und Gravitation spüren, wenn ein Megasuperheld die Sonne plötzlich entfernt? Bei Sprintstarts in der Leichtathletik hat jeder Teilnehmer hinter seinem Startblock einen eigenen Lautsprecher. Das ist vor allem beim 400-m-Lauf sehr wichtig! Warum? L Ein Sandskorpion kann einen Käfer aus einigen Dezimetern Entfernung exakt orten, ohne dass er ihn dazu sehen oder hören muss. Wie geht das? Es hat mit den Wellengeschwindigkeiten zu tun! L F11 W1 F12 E1 F13 W2 F14 S1 F15 S2 F16 S2 F17 E2 Nur zu Prüfzwecken – Eige tum des Verlags öbv