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Was sind Wellen?

Wie entstehen Wellen?

Eine Wasserwelle entsteht durch Anregung der Oberfläche, z.B. durch einen auftreffenden Stein, einen Ruderschlag, ..
Eine Welle entsteht durch Energiezufuhr an der Quelle (dem Sender). Dadurch entsteht eine Schwingung, die Energie in einem schwingungsfähigen Medium nach allen Seiten transportiert.

Wie breiten sich Wellen aus?

Eine Schwingung geht auf die Reise, die Schwingung wandert von der Quelle, vom Sender nach allen Seiten. Wellen können uns Nachrichten über die Quelle geben. Was wir sehen und was wir hören, sind nur Licht- und Schallwellen, die bis zu unseren Sinnesorganen gelangen.

Wasserwellen wandern fast nur zweidimensional an der Oberfläche (Kreiswellen).

Versuche in einem Wasserbecken an einer Stelle eine Welle zu erzeugen und ihre Geschwindigkeit zu messen (v = Weg / Zeit)! Hängt die Geschwindigkeit der Wellenausbreitung von der Wassertiefe ab?

Schallwellen, Lichtwellen, Wärmewellen, Radiowellen, .. breiten sich dreidimensional nach allen Seiten aus (Kugelwellen).

Was ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit?

In jedem Medium wandert eine Welle mit einer charakteristischen Geschwindigkeit v, die abhängt von der Elastizität, der Dichte und damit auch der Temperatur des Mediums.

Ausbreitungsgeschwindigkeiten
Schallgeschwindigkeit in Stahl 5100 m/s
Schallgeschwindigkeit in Holz 4000 m/s
Schallgeschwindigkeit in Wasser (0°C) 1485 m/s
Schallgeschwindigkeit in Luft (0°C) 332 m/s
Lichtgeschwindigkeit in Luft oder Vakuum 299.792.458 m/s
Lichtgeschwindigkeit in Wasser 225.000.000 m/s
Lichtgeschwindigkeit in Diamant 124.000.000 m/s
Radiowellen in Luft gleich wie Lichtwellen 300.000.000 m/s

Was ist die Wellenlänge?

Der Abstand zweier Wellenberge (zweier Orte gleicher Phase) wird Wellenlänge genannt.

Wie hängen Geschwindigkeit, Frequenz und Wellenlänge zusammen?

In einer Sekunde wandert eine Welle soweit, wie die Geschwindigkeit angibt. Auf dieser Strecke schwingt sie so oft, wie die Frequenz angibt. Die Wellenlänge einer Schwingung ist daher Geschwindigkeit / Frequenz.

l = v / f

Beispiel: Schall mit 1000 Hz wandert in 1 s 332 m weit. Auf 332 m gibt es daher 1000 Wellenberge. Der Abstand zweier Wellenberge ist daher 332 m / 1000 = 0,332 m.
Die Wellenlänge ist also l = v / f = 332 m / 1000 Hz = 0,332 m.

Überlege:

1) Die Schallwellen sind umso schneller/langsamer, je größer die Dichte des Stoffs ist.
A: Schall ist in Stahl am schnellsten, der in der Tabelle die größte Dichte hat. - "schneller" ist richtig.

2) Licht- und Funkwellen sind umso schneller/langsamer, je größer die Dichte des Mediums ist.
A: Licht und Funk sind im Vakuum am schnellsten, in allen Körpern langsamer. - "langsamer" ist richtig.

3) Wie groß ist die Wellenlänge eines UKW-Senders mit 100 MHz?
A: Die Wellenlänge ist Geschwindigkeit durch Frequenz.
l = v / f = 300 000 000 m/s / 100 000 000 Hz = 3 m.
Eine einfache Dipolantenne besteht aus zwei Stäben mit je einem Viertel der Wellenlänge, das sind zwei Stäbe mit je 75 cm.

Christian Doppler Forschungs- und Gedenkstätte
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