Mechanische Schwingungen und Wellen Bei aufmerksamer Beobachtung nehmen wir in unserer Umgebung viele schwingende Objekte wahr, sei es ein im Wind hin und her schwingender Ast, ein Kind auf einer Schaukel, pendelnde Haltegriffe in der Straßenbahn oder die auf und ab bewegten Flügel einer Fliege. Schwingungen treten auch im großen Maßstab auf, etwa wenn hohe Gebäude durch Sturmböen zu schwingen beginnen, aber auch im extrem Kleinen: die Atome von Kristallen schwingen um ihre mittlere Position. 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 Schwingung weiter – es entstehen mechanische Wellen. Die Wellen breiten sich räumlich aus, so dass an verschiedenen Orten zeitlich verzögert Schwingungen entstehen. Das 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 auf und ab. Zwischen den Wasservolumina wirken Kräfte (u. a. die Oberflächenspannung). Daher werden auch benachbarte Wasservolumina in Schwingung versetzt. Die Schwingungen breiten sich zeitverschoben räumlich aus. Die Oberfläche verformt sich, es entsteht eine Welle, die sich kreisförmig vom Entstehungsort wegbewegt. Wir sehen Wellenberge und Wellentäler. Der Zusammenhang zwischen Schwingungen und Wellen lässt sich auch bei Schallwellen gut erkennen. Die Schwingungen der Membran einer Trommel 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 schließlich durch die Haarzellen in der Gehörschnecke in Nervenimpulse umgewandelt. Die Lehre vom Schall ist die Akustik. 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, z. B. von Lautsprechern, den eigenen Kopfhörern oder dem Straßenverkehr, beschallt. Lichtwellen und Radiowellen sind periodisch veränderliche, schwingende elektromagnetische Felder, die sich im Raum ausbreiten. Diese elektromagnetischen Wellen werden in Physik 7 behandelt. 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 untersuchen. 31.1 Der schöne Ton einer Geige entsteht durch das kunstvolle Zusammenspiel von Bogen, Saiten und Geigenkörper. 31.2 Die schillernden Farben der Schmetterlingsflügel entstehen durch Verstärkung und Auslöschung von Lichtwellen am Flügel. 31.3 Wir nutzen die Informationsübertragung durch elektromagnetische Wellen beim Telefonieren mit dem Handy und beim Surfen mit WLAN. 31 Schwingungen/Wellen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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