Transversal- und Longitudinalwellen
Bei Transversalwellen erfolgt die Schwingung der einzelnen Teilchen normal zur Ausbreitungsrichtung, bei Longitudinalwellen erfolgt diese Bewegung in Ausbreitungsrichtung.
Den Zusammenhang zwischen Transversal- und Longitudinalwellen kann man folgendermaßen erklären:
Longitudinalwellen führen ebenso wie Transversalwellen sinusförmige (bzw. cosinusförmige) Wellenbewegungen durch, nur sind die Auslenkungen im Vergleich zur Transversalwellen um 90° gedreht.
Die Simulation soll diesen Zusammenhang verdeutlichen. Erkunde die Simulation und beantworte anschließend die Aufgaben.
Aufgaben
1) Verändere die Amplitude A und beobachte die Auswirkung auf die Welle.
2) Blende die Longitudinalwelle und das Umklappen ein. Halte die Animation an und beobachte durch langsames Variieren der Zeit t, wie das Umklappen für das Teilchen, das auf der y-Achse schwingt, funktioniert.
3) Beschreibe einen anschaulichen Zusammenhang zwischen einer Longitudinal- und Transversalwelle.
4) Gib Gemeinsamkeiten bzw. Unterschiede zwischen beiden Wellentypen an.
Überlagerung
Spricht man von Wellen, so denken die meisten Menschen an Wellen die sich an der Wasseroberfläche ausbreiten. Auf den ersten Blick könnte man meinen, dass Wasserwellen sich wie die beschriebenen Querwellen (transversal) verhalten. Tatsächlich sind Wasserwellen sogenannte Kreiswellen, wie die
Animationen zeigt.
Die Wasserteilchen bewegen sich wohl quer zur Ausbreitungsrichtung, jedoch nicht vertikal wie oben, sondern auf Kreisen.
Du kannst weiter deutlich beobachten, dass bei einer Wasserwelle Wellenberg und Wellental nicht dieselbe Form haben: Der Wellenberg ist kürzer und steiler als das Wellental.
Einfache Animation zur Wasserwelle
Bisher haben wir die Wellen danach unterschieden, wie sich die einzelnen Teilchen in dem Medium, in dem sich die Welle ausbreitet, bewegen.
Eine andere Möglichkeit der Einordnung von Wellen besteht in der Unterscheidung, wie sich die Welle im Raum ausbreitet. Eine Welle kann sich in einer Dimension wie z.B. eine Welle am gespannten Seil oder längs einer Schraubenfeder ausbreiten.
In der Natur treten sehr häufig aber auch mechanische Wellen auf, die sich in zwei Dimensionen wie z.B.
Oberflächenwellen beim Wasser oder gar drei Dimensionen wie z.B. Schallwellen in Luft ausbreiten.
Quellen
Text und Animationen sind von leifephysik
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-wellen
GeoGebra Applet von Andreas Lindener
https://www.geogebra.org/m/JPXUT8Cd