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Entstehung und Klassifikation von Wellen

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Bei einer abstrakten Welle lassen wir zunächst offen, welche physikalische Bedeutung der Amplitude A zukommt. Der einfachsten Form einer Welle begegnen wir, wenn ein Gebilde vorhanden ist, das harmonische Schwingungen ausführt. Dann ergibt die Schwingung in Abhängigkeit von der Zeit eine Sinuskurve. Eine Welle entsteht,
ablösen. Nach rechts ist die
wenn sich von dem Erreger X-Achse aufgetragen: Es ist diejenige in den Ortsraum hinein Erregungen Richtung, in der die Welle laufen soll. Die Größe, die die Welle charakterisiert, hängt sinusförmig sowohl vom Ort als auch von der Zeit ab. Zu den Bestimmungsgrößen einer einzelnen harmonischen Welle gehören Frequenz, Wellenlänge und
Phasengeschwindigkeit. Letztere ist das Produkt der beiden ersten. Hier die
Periode der Welle im Bild links und die zugehörige Wellenlänge rechts. Die Frequenz ist gleich dem Kehrwert der Periode.
c = X, • v Hier zunächst eine laufende Welle, z.B. eine akustische Welle, wie sie
ein sinusförmig erregter Lautsprecher aussendet. Die eindimensionale Darstellung wurde beibehalten. Mathematisch wird eine laufende Welle in der Form A • sin (dit - kx) wiedergegeben. A ist eine beliebige physikalische
Größe. Eine stehende Welle tritt auf, wenn zwei Wellen in
entgegengesetzter Richtung aufeinander zulaufen und sich gegenseitig überlagern. Stehende Wellen beobachtet man dann, wenn ausgedehnte physikalische Gebilde schwingungsfähig sind. Man kann sie auch als deren Eigenschwingungen auffassen. Hier entsteht gerade durch Überlagerung zweier gleich großer und gleich schneller Wellen gleicher Wellenlänge eine stehende Welle. Jetzt wird nur noch die stehende Welle allein gezeigt. Orts- und Zeitabhängigkeit sind Sinusfunktionen. Im Gegensatz zur laufenden Welle multiplizieren sich
bei der stehenden Welle der Ortsanteil und der Zeitanteil miteinander. Wellen mit ebenen Wellenfronten erhält
man bei sinusförmigen Bewegungen eines
flächenhaften Erregers, hier in der Projektion als Stab wiedergegeben, zusammen mit der Auslenkung der ausgesandten Wellen, die hier ebenfalls um eine Dimension verkürzt erscheinen. Da die Fortpflanzung wie zuvor in
X-Richtung erfolgt, erhalten wir mathematisch die gleiche Formel wie bisher.
Ein punktförmiger pulsierender Erreger erzeugt Kugelwellen. Deren Phasenflächen sind Kugeln oder, bei Projektion auf die Ebene, Kreise. Die unabhängige Variable ist der Erregerabstand R. Er
tritt wegen des Energiesatzes in der Amplitudenfunktion im Nenner auf.
Die physikalische Größe der Wellenamplitude
kann ein Vektor sein. Bei
einer elektromagnetischen Welle sind es der elektrische und der magnetische Vektor. Bei einer Transversalwelle steht der Amplitudenvektor senkrecht auf der Ausbreitungsrichtung Bei der Longitudinalwelle liegen Amplitudenvektor A und Ausbreitungsvektor k
parallel zueinander. Dies gilt z. B. für Schallwellen in Luft.
Eine wichtige Vektorgröße ist die sog. Schallschnelle, ein Maß für die momentane Geschwindigkeit der Volumenelemente der Luft parallel zur Fortpflanzungsrichtung.
Bei Schallwellen spricht man gewöhnlich nicht von einem wellenförmig veränderlichen Vektor, sondern von der zugehörigen Dichtemodulation oder den örtlichen Dichteschwankungen der Moleküle, hier veranschaulicht durch die sinusförmig veränderliche Dichte der Striche. Die Welle bewegt sich mit der Phasengeschwindigkeit v durch den Raum.
Geschwindigkeit
Zeitabhängigkeit
Phasengeschwindigkeit
Elektromagnetische Masse
Welle
Stab
Strich <Typographie>
Amplitude
Interferenz <Physik>
Wellenfront
Auslenkung
Dichteschwankung
Computeranimation
Richtung
Luft
Qualitätskontrolle
Schwingung
Stehende Welle
Amplitude
Eigenschwingung
Phasengeschwindigkeit
Wellenlänge
Frequenz
Transversalwelle
Schallwelle
Abdichtung
Elektromagnetische Welle
Harmonische Schwingung
Physikalische Größe
Grenzschichtablösung
Energieerhaltung
Gleichen <Burg>
Wellenvektor
Longitudinalwelle

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Entstehung und Klassifikation von Wellen
Alternativer Titel Wave Generation and Classification
Autor Schlier, Christoph
Sandler, Adelheid
Lizenz Keine Open-Access-Lizenz:
Es gilt deutsches Urheberrecht. Der Film darf zum eigenen Gebrauch kostenfrei genutzt, aber nicht im Internet bereitgestellt oder an Außenstehende weitergegeben werden.
DOI 10.3203/IWF/C-1287
IWF-Signatur C 1287
Herausgeber IWF (Göttingen)
Erscheinungsjahr 1978
Sprache Deutsch
Produzent IWF
Produktionsjahr 1977

Technische Metadaten

IWF-Filmdaten Film, 16 mm, LT, 70 m ; SW, 6 1/2 min

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Physik
Abstract Harmonische Schwingungen. Wellenausbreitung, Sinuswelle, Frequenz, Wellenlänge, Fortpflanzungsgeschwindigkeit, Schwingungsdauer, Laufwelle, Stehwelle, ebene Welle, Kugelwelle, Transversalwelle, Longitudinalwelle, Dichtemodulation, Wellenvektor.
Schlagwörter Wellen / Transversalwellen
stehende Welle
Wellen, stehende
Wellen / Sinuswellen
Wellen / Longitudinalwellen
Wellen / Kugelwellen
Transversalwellen
Schwingung / Sinusschwingung
Longitudinalwellen
Kugelwellen
Dichtemodulation

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