Big Bang Physik 6, Schulbuch

RG 6.1, G 6.2 Wellen  53 Wellengrundlagen 1  19  Wenn die Wellen aneinander vorbeigelaufen sind, haben sie daher wieder die ursprüngliche Form (Abb. 19.23). Das Superpositionsprinzip gilt für alle Wellen – mit ganz wenigen Ausnahmen.  Info: Wasserwellenbruch Z Zusammenfassung Wellen setzen sich aus Schwingungen zusammen. Alles, was für die Überlagerung von Schwingungen gilt, gilt daher auch für die Überlagerung von Wellen. Wellen tun einander nichts. Sie durchlaufen einander ungestört, und die Schwin- gungsamplituden addieren einander. Das nennt man das Superpositionsprinzip. i Wasserwellenbruch Eine der wenigen Ausnahmen vom Super- positionsprinzip sind hohe Wasserwellen. Diese haben generell die Form von umge- drehten Rollkurven (Zykloiden; siehe auch Abb. 19.13, S. 49). Darunter versteht man die Bahnen von Punkten auf rollenden Rädern. Je nach deren Lage entstehen dabei mehr oder weniger spitze Bahnen (Abb. 19.24). Befindet sich der Punkt außer- halb des Rollradius (das kann z. B. bei Eisenbahnrädern der Fall sein), dann haben die Rollkurve Schleifen (e). Punkte unter dem Rollniveau bewegen sich also tatsächlich gegen die Rollrichtung ( F21 )! Wenn du das Buch umdrehst, dann zeigen a bis d mögliche Formen einer Wasserwelle. Höher als bei d kann die Welle natürlich nicht werden, weil dann müssten die Wasserteil- chen einen Looping machen. Wellenhöhe (Kreisdurchmes- ser) und Wellenlänge (Kreisumfang) verhalten sich wie 1 : π (siehe d). Eine Wasserwelle kann also nur rund 1/3 so hoch wie lang werden. Würde sich durch Überlagerung von Was- serwellen eine größere Höhe ergeben, bricht die Welle – das Superpositionsprinzip gilt also nicht mehr. Abb. 19.23:  Zwei gegenläufige Wellen überlagern sich. Die Amplituden addieren sich, aber die Wellen beeinflussen einander nicht. Abb. 19.24:  Beispiele für Rollkurven: Die Zahl gibt die Entfernung des beobachteten Punktes vom Mittelpunkt in Radien an. Eine Zahl größer als 1 ist nur auf Schienen möglich. 19.5 Marshmallows in der Mikrowelle Stehende Wellen Durch Überlagerung von Wellen entsteht auch eine ganz besondere Form, nämlich die stehenden Wellen. Warum die- se in der Musik eine wichtige Rolle spielen, erfährst du hier. Eine besondere Form von überlagerten Wellen sind die stehenden Wellen (Abb. 19.26, S. 54). Am besten kann man das anhand einer schwingenden Saite erkennen (Abb. 19.27a, S. 54). Bei dieser bilden sich an den Enden Schwingungsknoten und in der Mitte ein Schwingungs- bauch aus. Knoten und Bäuche bleiben immer an derselben Stelle. Deshalb spricht man von einer stehenden Welle. Stehend bedeutet aber nicht statisch! Die Saite schwingt ja pausenlos. Eine Sanddüne zum Beispiel ist keine stehende Welle. Wie entsteht eine stehende Welle? Wenn zwei gleiche Wel- len in die Gegenrichtung laufen! Wenn du eine Saite zum Schwingen bringst, dann breiten sich in beide Richtungen Transversalwellen aus. Diese werden an den Enden reflek- tiert, laufen wieder durch die Saite bis zum anderen Ende und so weiter. Durch die Überlagerung der gegenläufigen Wellen entsteht dann eine stehende Welle (Abb. 19.28). Nimm den Drehteller aus der Mikrowelle, leg Backpapier auf den Boden und fülle ihn mit Marsh- mallows. Wenn du einschaltest, dann blähen sich diese unterschiedlich stark auf (Abb. 19.25). Warum? Was versteht man unter Resonanz bzw. Klangfarbe? Lies ab S. 36 in Kap. 18.5 und ab S. 42 in Kap. 18.7 nach! Wenn du über eine Flasche bläst, dann kannst du – je nach Höhe der Luftsäule – durch Resonanz einen ganz bestimmten Ton erzeugen. Woher weiß aber die Flasche, welche ihre Resonanzfrequenz ist? L Wenn du Wasser in eine Flasche füllst, dann hörst du dabei ein Geräusch, das immer höher wird! Warum? Eine gezupfte Geigensaite klingt viel härter als eine gestrichene. Was könnte der Grund sein? Hilf dir mit der Infobox Fourier-Synthese (Kap. 18.7, S. 43). L In einem Film siehst du eine Maus, die wie ein Löwe brüllt. Kann das sein? Versuche zu begründen! Am Bodensee kann man beobachten, dass sich der Wasserspiegel machmal im Lauf einer Stunde um einen Meter hebt und wieder senkt. Wie kommt das? F22 E2 Abb. 19.25:  Marshmallows in der Mikrowelle F23 W1 F24 E2 F25 E2 F26 E2 F27 S1  F28 E2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv