Transversal- und Longitudinalwellen – Bewegung der Teilchen
PhysikSchwingungen und WellenAlter 16–17
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Als Nächstes in Schwingungen und Wellen
Eine Reihe von Teilchen eines Mediums wird von einem Erreger am linken Ende in Schwingung versetzt; wechseln Sie zwischen einer Transversalwelle (Teilchen schwingen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung) und einer Longitudinalwelle (Teilchen schwingen längs der Ausbreitungsrichtung und bilden Verdichtungen und Verdünnungen). Ein rot markiertes Teilchen zeigt, dass es nur um seine Ruhelage schwingt; die Wellenlänge λ = v/f, die Periodendauer T und das Auslenkungsdiagramm des Teilchens ändern sich sofort mit f, A und v.
Lektion: Beschreibung von Wellen; Transversal- und Longitudinalwellen; Wellenlänge, Frequenz und Ausbreitungsgeschwindigkeit
Was sie zeigt
Eine mechanische Welle ist eine Schwingung, die sich in einem Medium ausbreitet. Die Teilchen des Mediums schwingen nur um ihre Ruhelage; was sich ausbreitet, sind der Schwingungszustand (die Phase) und die Energie. Bei einer Transversalwelle schwingen die Teilchen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, bei einer Longitudinalwelle entlang dieser Richtung, wobei Verdichtungen und Verdünnungen entstehen. Die Periodendauer ist T = 1/f, und in einer Periode rückt die Welle um eine Wellenlänge vor, also λ = vT = v/f. Ein Teilchen im Abstand x von der Quelle beginnt um x/v später zu schwingen als die Quelle.
So funktioniert es
Beginnen Sie mit Transversalwelle und verfolgen Sie das rote Teilchen: Es bewegt sich um seine Ruhelage (gestrichelte Linie) auf und ab, wandert aber nie mit der Welle. Die Markierung zwischen zwei benachbarten Wellenbergen zeigt λ; vergleichen Sie sie mit v/f. Wechseln Sie zu Longitudinalwelle und suchen Sie Verdichtungen und Verdünnungen. Ändern Sie Frequenz, Amplitude und Ausbreitungsgeschwindigkeit und tippen Sie auf ein anderes Teilchen, um es zu verfolgen und sein Auslenkungsdiagramm zu vergleichen.
Einstellbare Parameter
- Wellenart Transversalwelle, Longitudinalwelle
- Frequenz 0,2–2 Hz
- Amplitude 0,5–3 cm
- Ausbreitungsgeschwindigkeit 5–40 cm/s
Fragen zum Erkunden
- Bewegt sich das rote Teilchen mit der Welle nach rechts? Was transportiert die Welle eigentlich?
- Wie ändert sich die Wellenlänge, wenn bei gleicher Ausbreitungsgeschwindigkeit die Frequenz verdoppelt wird?
- Warum kann sich Schall in Luft nur als Longitudinalwelle und nicht als Transversalwelle ausbreiten?
