Entstehung einer longitudinalen Welle Experiment: Longitudinale Welle 46.1 E2 Du brauchst: Eine „Wellenmaschine“ (wie in Experiment 45.2) Bewege das erste Pendel längs der x-Achse möglichst harmonisch hin und her und beschreibe deine Beobachtungen. Wegen der Kopplung geraten auch die Nachbarpendel in Schwingung. Wieder beginnt jedes Pendel etwas später zu schwingen als das vorhergehende, so dass das folgende Pendel in seiner Bewegung relativ zum vorhergehenden Pendel etwas nacheilt. Auf diese Weise kommt es zu „Verdichtungen“ und „Verdünnungen“ längs der Ausbreitungsrichtung der Welle (in unserem Fall die x-Achse). Schwingen die Pendel in der Ausbreitungsrichtung der Welle, spricht man von einer Longitudinalwelle (46.1). Wie bei der Transversalwelle ist die Wellenlänge λ durch den Abstand zweier Oszillatoren gleicher Schwingungsphase gegeben. Bei Transversalwellen schwingen die Teilchen (Oszillatoren) normal zur Ausbreitungsrichtung, bei Longitudinalwellen stimmen Ausbreitungsrichtung und Schwingungsrichtung überein. Die Wellenlänge λ ist der Abstand zweier Oszillatoren gleicher Schwingungsphase. Bei der Transversalwelle entspricht dies dem Abstand zweier benachbarter Wellenberge, bei der Longitudinalwelle dem Abstand zweier benachbarter Verdichtungen. Untersuche, überlege, forsche: Ausbreitung von Wellen 46.1 Transversale Wellen gibt es an der Oberfläche von Flüssigkeiten, nicht aber in deren Innerem. W4 a) Finde eine Begründung. S2 b) Diskutiere, wie die Art der Wellen in einem Medium von dessen Aggregatzustand abhängt. Wellenlänge und die Ausbreitungsgeschwindigkeit Weil in einer harmonischen Welle alle Oszillatoren mit der gleichen Amplitude, mit der gleichen Schwingungsdauer und daher auch mit der gleichen Frequenz schwingen, kann man für die Welle die Begriffe, die für Schwingungen verwendet werden, zum Teil übernehmen. Amplitude der Welle = Amplitude der Oszillatoren Schwingungsdauer der Welle = Schwingungsdauer der Oszillatoren Frequenz der Welle = Frequenz der Oszillatoren Die Ausbreitungsgeschwindigkeit c einer Welle ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Welle ausbreitet, sich also z. B. ein Wellenberg in der Ausbreitungsrichtung verschiebt. Da sich die Welle während einer Schwingungsdauer gerade um eine Wellenlänge vorwärts schiebt, besteht zwischen der Wellenlänge λ, der Ausbreitungsgeschwindigkeit c und der Schwingungsdauer T die Beziehung: Ausbreitungsgeschwindigkeit = Wellenlänge·Frequenz c = λ _ T oder c = λ·f Die Ausbreitungsgeschwindigkeit c einer Welle darf nicht mit der Geschwindigkeit v der einzelnen Oszillatoren verwechselt werden. Während c im Allgemeinen konstant ist, verändert sich v periodisch. 46.3 zeigt, wie c und λ zusammenhängen. Die kleinen roten Pfeile geben die Momentangeschwindigkeit v an, mit der sich die einzelnen Oszillatoren bewegen. Der schwarze Pfeil dagegen gibt die Ausbreitungsrichtung der Welle an. 46.1 Entstehung einer Longitudinalwelle y y y x x c c c c v λ λ 46.2 Bildung einer fortschreitenden Longitudinalwelle 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Zeit t 46.3 Während einer Schwingungsdauer breitet sich die Welle mit der Geschwindigkeit c um eine Wellenlänge aus. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 c 46 Wellen 2 Mechanische Wellen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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