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Welle (Physik)



Eine Welle ist im physikalischen Sinne eine Art der Energieausbreitung: Sobald ein Raumpunkt zwei Energie-Formen annehmen kann, die sich zyklisch ineinander umwandeln können, kann er als Oszillator aufgefasst werden. Eine Welle bedeutet zeitlich und örtlich periodische Veränderungen einer physikalischen Größe g(t,x). Wenn benachbarte Raumpunkte dieselbe Fähigkeit besitzen, und eine Kopplung zwischen den beiden Oszillatoren besteht, dann kann die Energie im Laufe der Zeit von einem zum nächsten Oszillator abwandern, und weiter zu einem dritten, usw. Dieses Ausbreitungs-Phänomen nennt man Welle.

Table of contents
1 Anschauliches Modell
2 Grundgleichungen
3 Wellentypen
4 Beispiele
5 Phänomene aus dem Bereich der Wellenlehre

Anschauliches Modell

Viele Pendel sind in einer Reihe aufgehängt und mit Gummifäden verbunden. Ein einzelnes Pendel kann Lageenergie speichern (wenn es weit ausgelenkt ist) oder Bewegungsenergie (wenn es sich gerade durch den Nullpunkt bewegt). Beim Pendeln wandeln sich diese beiden Energieformen ineinander um.
Wird nun ein Pendel angestoßen, wird es kurz alleine pendeln, jedoch durch die Gummi-Fäden im Laufe der Zeit seine Nachbarn mit anregen, bis diese sogar stärker pendeln. Im Laufe der Zeit wird sich das "Pendeln" als Welle über alle Pendel ausbreiten.

Grundgleichungen

Zwischen der Frequenz f der Oszillatoren und der Schwingungsdauer T, d. h. der Zeit, nach der sich die gleiche Schwingungsphase (zeitlich) wiederholt, besteht der Zusammenhang

.

Zwischen der Frequenz f der Oszillatoren und der Wellenlänge λ, d. h. der Strecke, nach der sich die gleiche Schwingungsphase (räumlich) wiederholt, besteht der Zusammenhang

,

wobei c die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist. Die Grundgleichungen können anhand einer grünen Welle (Ampelschaltung im Straßenverkehr) gut veranschaulicht werden.

Wellen werden mathematisch durch Wellengleichungen beschrieben.

Wellentypen

Man Unterscheidet außerdem:

Beispiele

Seegang: Energieformen: Lageenergie des Wassers und Bewegungsenergie des Wassers.

Schallwellen: Energieformen: Druck und Schnelle der Luft.

Licht (Elektromagnetische Wellen): Energieformen: elektrische Feldenergie und magnetische Feldenergie.

Autowellen Energieformen: Ionenströme an biologischen Membranen und Redoxreaktionen in chemischen Diffusions-Reaktions-Gemischen

Phänomene aus dem Bereich der Wellenlehre




     
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