Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

Kompetenzbereiche: Schwingungen/Wellen g9ue5v Mechanische Schwingungen und Wellen Links: Der schöne Ton einer Geige entsteht durch das kunstvolle Zusammenspiel von Bogen, Saite und Geigenkörper. Mitte: Die schillernden Farben der Schmetterlingsflügel entstehen durch Verstärkung und Auslöschung von Lichtwellen am Flügel. Rechts: Wir nutzen die Informationsübertragung durch elektromagnetische Wellen beim Telefonieren mit dem Handy und beim Surfen mit WLAN. Bei aufmerksamer Beobachtung nehmen wir in unserer Umgebung viele schwin- gende Objekte wahr, sei es ein im Wind sich immer wieder biegender Ast, ein Kind auf einer Schaukel, pendelnde Haltegriffe in der Straßenbahn oder die auf und ab bewegten Flügel einer Stubenfliege. Schwingungen treten auch im großen Maß- stab auf, etwa wenn hohe Gebäude durch Sturmböen zu schwingen beginnen, wie auch im extrem Kleinen: die Atome von Kristallen schwingen um ihre mittlere Po- sition. Mechanische Schwingungen sind Vorgänge, die sich zeitlich wiederholen , wobei sich einzelne Objekte regelmäßig um eine mittlere Lage, die Ruhelage, bewegen. Wenn diese Objekte mit anderen Objekten gekoppelt sind, geben sie ihre Schwin- gung weiter – es entstehen mechanische Wellen. Die Wellen breiten sich räumlich aus, so dass an verschiedenen Orten zeitlich verzögert Schwingungen entstehen. Dies sieht man gut an Wasserwellen: Wirft man einen Stein ins Wasser, so wird zunächst ein kleiner Teil der Wasseroberfläche in Schwingung versetzt – kleine Wasservolumina schwingen vertikal. Auf benachbarte Wasservolumina wirken nun Kräfte (Druckschwankungen im Wasser, Oberflächenspannung)und werden nun ebenfalls in Schwingung versetzt. Die Schwingungszustand der Oberfläche breitet sich zeitverschoben räumlich aus – die Verformung der Oberfläche bewegt sich als Welle radial vom Entstehungsort weg. Wir sehen Wellenberge und Wellen- täler. Während die Wasservolumina vertikale und horizontale Schwingungen aus- führen, transportiert die Welle Energie und überträgt sie auf die noch nicht er- fassten Bereiche. Mechanische Wellen breiten also Schwingungen räumlich aus. Der Zusammen- hang zwischen Schwingungen und Wellen lässt sich auch an den Schallwellen gut erkennen. Die Schwingungen einer Trommelmembran bringen Luftteilchen zum Schwingen. Die Schwingungen der Luft breiten sich als Schallwelle aus, die schließlich im Ohr das Trommelfell zum Schwingen bringt. Von dort werden die Schwingungen weitergeleitet und werden schließlich durch die Haarzellen in der Gehörschnecke in Nervenimpulse umgewandelt. Schallwellen sind zwar nicht sichtbar, doch sind wir ihnen ständig ausgesetzt. Wir werden von natürlichen Schallquellen, z. B. den eigenen Stimmbändern, und von technischen Schallquellen, den Lautsprechern der eigenen Stereoanlage oder dem Knattern von Mopeds beschallt. Dabei beeinflussen Schallverstärker (Resonatoren) gewollt – etwa Resonanzkästen bei Musikinstrumenten – oder unerwünscht – etwa Räume mit schlechter Akustik – die Stärke der Schallwellen. Licht- und Ra- diowellen sind periodisch veränderliche, schwingende elektromagnetische Felder, die sich im Raum ausbreiten. Diese elektromagnetischen Wellen werden in Physik 7 behandelt. Vermutlich breitet sich auch die Wirkung der Schwerkraft durch Wellen aus, doch ist es bisher nicht gelungen, Gravitationswellen zu messen. An den mechanischen Wellen lassen sich grundlegende Eigenschaften von Wellen, nämlich Reflexion und Brechung an Grenzschichten, Überlagerung (Interferenz) und Beugung beim Durchgang durch kleine Öffnungen studieren. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv