Ph10-Wellen
Du hast kennengelernt, wie Wellen entstehen und was eine Welle ist.
Inhaltsverzeichnis |
Wiederholung
1. Eine Welle ist eine Schwingung, die von vielen Teilchen periodisch hintereinander ausgeführt wird und sich räumlich ausbreitet.
2. Wellen transportieren keine Materie, sondern Energie.
Wenn du im Meer auf dem Wasser liegst machst du durch die Wasserwellen eine Auf- und Abbewegung, bewegst dich aber nicht von deinem Ort. D.h. Wellen transportieren keine Materie.
Dass Energie durch Wellen übertragen wird, sieht du an Höhlen, Löchern in Felsen, ...., die durch die Brandung erzeugt werden. D.h. Wellen transportieren Energie, die z.B. Verformungen hervorrufen.
3. Wellen werden durch Größen wie Frequenz f, Schwingungsdauer T Amplitude A, Kreisfrequenz (das sind auch die Größen der Erregerschwingung, die sich in der Welle fortsetzen), Ausbreitungsgeschwindigkeit c und Wellenlänge .
Eine Welle ist eine Schwingung, die sich periodisch räumlich und zeitlich ausbreitet. |
Reflexion von Wellen - stehende Welle
In diesem Video mit der Wellenmaschine wird die Entstehung einer stehenden Welle erklärt. Eine Wellenmaschine erzeugt und demonstriert die Ausbreitung von Wellen.
1. Eine stehende Welle entsteht durch Überlagerung zweier gegeneinander laufender Wellen gleicher Frequenz.
2. Die gegenlaufende Welle wird durch Reflexion am rechten Ende der Wellenmaschine erzeugt.
2. Loses Ende: frei liegendes Seil, am rechten Ende nicht eingespannte Wellenmaschine, Wasserwelle, offene Orgelpfeife ...
Festes Ende: am rechten Ende eingespanntes oder fest gehaltenes Seil, am rechten Ende fest gemachte Wellenmaschine, geschlossene Orgelpfeife, Seilspringen ...
4. Bei der Reflexion am losen Ende kann der Wellenberg das letzte Molekül auslenken, welches dann den Wellenberg wieder zurück gehen lässt.
Merke:
1. Kommt eine Welle bei ihrer Ausbreitung an ein loses Ende des Ausbreitungsmediums, dann wird die Welle reflektiert. Die reflektierte Welle läuft in die Gegenrichtung zurück und hat gleiche Amplitude, gleiche Frequenz und gleiche Wellenlänge wie die ankommende Welle. Ankommende und reflektierte Welle haben keinen Gangunterschied. Bei der Reflexion entsteht keine Phasenverschiebung. |
Die Reflexion am losen und festen Ende und das Entstehen einer stehenden Welle ist im Rest des Videos von Aufgabe 3 ganz ausführlich erklärt. Wer will kann sich das Video gerne zu Ende anschauen.
Wie entstehen stehende Wellen. Was passiert, wenn zwei gegeneinanderlaufende Wellen gleicher Frequenz aufeinander treffen?
Treffen zwei gegeneinanderlaufende Störungen (Wellen) aufeinander so überlagern sie sich an diesem Ort.
An diesem Ort addieren sich ihre Amplituden und ergeben dort eine neue Schwingung, deren Auslenkung sich durch die Addition der Auslenkungen der einzelnen Störungen (Wellen) ergibt.
Die Überlagerung der zwei Wellen an einem Ort kann man durch die Schwingungen für diesen Ortspunkt darstellen.
An einem Ort wird der Punkt durch eine Welle zu einer Sinusschwingung (grün) angeregt. Gleichzeitig kommt an diesem Ort eine zweite Welle an, die den Punkt auch zu einer Sinusschwingung (rot) anregt. Die Summe der beiden Schwingungen ist die dargestellte blaue Schwingung, die durch Addition der Einzelschwingungen entsteht.
Mit dem Schieberegler kannst du die zweite Schwingung verändern, so dass der durch sie verursache Schwingungszustands des Ortspunktes nicht mehr synchron zur ersten grünen Schwingung ist, sondern um phasenverschoben.
1. Die blaue Kurve entsteht durch Addition der grünen und roten Kurve. Dazu werden zu jedem Zeitpunkt T die Auslenkungen ygrün und yrot addiert, es ist also yblau = ygrün + yrot.
2. Bei ist die Amplitude der blauen Schwingung am größten. Vergrößert man , dann wird die Amplitude der blauen Schwingung kleiner und verschiebt sich. Bei ist die Amplitude der blauen Schwingung 0.
An einem Ort überlagern sich zwei Wellen so, dass sie den Ortspunkt zu einer Schwingung anregen, die sich als Addition der Einzelschwingungen der einzelen Wellen ergibt. |
Knoten und Bäuche sieht man sehr schön bei der Schwingung des Federwurms und der Gummischnur.
In den folgenden Videos wird die Tonerzeugung bei Musikinstrumenten erklärt.
Flöte | Orgel | Gitarre, Geige |
Zum Schluss noch ein Video von Schülern einer 10. Klasse
Interferenz von Wellen
Du hast an deinem PC zwei Lautsprecher? Die Lage der Lautsprecher kannst du verändern? |
3. Beim entlang gehen hört man immer denselben Ton, dessen Lautstärke allerdings immer wieder zu- und abnimmt.
4. Stellt man die Lautsprecher näher zusammen oder weiter auseinander, dann werden die Abstände lauter - leiser länger oder kürzer.
5. Auch bei anderen Frequenzen stellt man fest, dass beim Entlanggehen die Lautstärke des Tons zu- und abnimmt.
Also bei mir hat dieser Versuch so funktioniert. Ob er bei dir auch funktioniert hängt eventuell von deinen Lautsprechern ab, den Raumgegebenheiten, ....
Ich mache normal diesen Versuch immer an einem Whiteboard, an dem Lautsprecher befestigt sind. Ihr lauft dann im Abstand 2 - 5m parallel zum Whiteboard entlang und man hört dort sehr gut das lauter- und Leiserwerden des eingestellten Tons.