Wellenausbreitung: Unterschied zwischen den Versionen

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Version vom 27. Juli 2020, 20:07 Uhr

Physikalischer Kontext

Wellen im Raum

Diffraction through Pinhole

Zur zeichnerischen Darstellung von Wellen im Raum verwenden wir Wellen­fron­ten oder Strah­len. Eine Welle ist nichts Loka­lisiertes, sondern etwas, das sich im Raum ausbreitet. Die Wellen­fronten sind Flächen glei­cher Phase (z. B. "Wel­len­berg" oder "Wellen­tal"), die zum gleichen Zeitpunkt erzeugt wur­den. Ihre Oszillatoren schwingen syn­chron und ihre Schwin­gun­gen sind „gleich alt“. Es sind aus­ge­dehn­te Objekte, die sich mit der Phasen­geschwin­digkeit c durch den Raum schieben. Sie sind das, was man von einer (sichtbaren) Welle sieht. Man bezeichnet Wellen auch nach der Form ihrer Wellen­fronten. Die wichtigsten Formen sind:

Ebene Wellen: Die Wellenfronten sind Ebenen: .

Kugelwellen: Die Wellenfronten sind Kugelflächen:

Zeichnung von Wellen

Auch hierbei fällt die drei­di­men­sionale Darstellung oft schwer, wes­wegen man sie meist zwei­di­men­sional zeichnet: ebene Wellenfronten werden zu geraden Strichen, kugelförmige Wellen­fronten werden zu Kreisen. Der Abstand zwischen den Linien ist die Wellenlänge. Bei einer ebenen Welle ist die Amplitude der Welle überall gleich und bleibt es beim Weiter­wandern auch. Bei Kreis- oder Kugelwellen ist die Amplitude auf einer der Fronten überall gleich, wird aber beim Wei­ter­wandern ständig kleiner, was man auch in Abb. 9.12 (oben) sehr schön sehen kann. Kreis- oder Kugelwellen entstehen, wenn die Welle durch eine Auslenkung an einem Punkt er­zeugt wird. Ebene Wellen entstehen bei einer groß­flächigen gleichphasigen Anregung. Au­ßer­dem können wir einen kleinen Ausschnitt einer Kreis- oder Kugelwelle im großen Abstand von ihrem Zentrum als ebene Wellen nähern, was wir oft tun werden. Auf jeden Punkt einer Wellenfront können wir uns einen Wellenvektor denken, der senkrecht auf ihr steht, weil er in ihre Ausbreitungsrichtung zeigt. Bei ebenen Wellen sind die Wellen­vektoren überall gleich lang und gleich gerichtet. Bei Kugelwellen sind sie auch über­all gleich lang, zeigen aber radial nach außen.