Ausflug in die Wellenphysik
Der Begriff der Welle
Wenn Sie schon einmal am Meer waren, dann wissen Sie, dass das Meer selten spiegelglatt ist, sondern meistens macht die Oberfläche eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung. Diese Bewegung wird als Wellenbewegung bezeichnet.
Sie kennen das vielleicht aus Stadionbesuchen, die sogenannte La - Ola - Welle. In diesem Kapitel finden Sie dazu am Ende auch ein Video.
Wichtig dabei ist, dass sich zwar die Bewegung fortpflanzt, aber Sie an Ihrem Platz stehen bleiben.
Das bedeutet, dass bei einer Welle nur die Bewegung als Ganzes beschreiben lässt. Sie sind zwar Teil der Welle, aber nur in Ihrer Aufwärts- und Abwärtsbewegung.
Das Konzept der Welle ist ein tragfähigeres Modell in den Naturwissenschaften, allerdings mathematisch sehr anspruchsvoll. Deshalb sollen hier nur die grundlegenden Dinge beschrieben werden.
Um zu verstehen, warum wir unsere Welt als bunt wahr nehmen, benötigt man die Beschreibung des Lichtes als Welle.
Wellenarten
In der Physik unterscheidet man zwei unterschiedliche Wellenarten:
1. Mediengebundene Welle
Das ist eine Welle, die sich nur ausbreiten kann, wenn sich die Welle in einem Medium befindet. Das bekannteste Beispiel ist die Schallwelle, die sich nur ausbreiten kann, wenn etwas durch den Schall in Bewegung gesetzt werden kann. Das bedeutet, im Weltall hört Sie niemand, wenn sie dort singen oder schreien.
2. Medienungebundene Wellen
Das sind Wellen, die sich ohne Medium ausbreiten können. Deshalb können Sie sich mit den Astronauten auf der ISS oder auf dem Mond unterhalten, bzw. mit Ihrem Handy nach Australien telefonieren. Diese Art der Wellen werden als elektromagnetische Wellen bezeichnet. Diese elektromagnetischen Wellen ermöglichen Ihnen die Handynutzung, den Radioempfang im Auto und die Nutzung der Mikrowelle im Haushalt, um nur einige Beispiele zu nennen.
Eigenschaften der e-m- Welle
Die elektromagnetischen Wellen (e-m-Wellen) zeichnen sich durch zwei Eigenschaften aus:
1. sie benötigen keine Medium zur Ausbreitung
2. sie breiten sich immer mit der Lichtgeschwindigkeit aus
Damit stellt sich die Frage:
Wodurch unterscheidet sich die e-m-Welle beim Handy und der Mikrowelle?
Die Antwort lautet: Durch die Frequenz und durch die Wellenlänge.
Das nachfolgende Applet zeigt den Zusammenhang zwischen diesen Kenngrößen.
Zusammenhang zwischen Frequenz und Wellenlänge
Alles klar?
Was geben die Nulldurchgänge Ni an?
Licht als Ausschnitt des e-m-Spektrums
Nachdem Sie nun die Grundzüge der e-m-Welle kennengelernt haben, nun zurück zum Thema Licht.
Das -sichtbare- Licht ist ein kleiner Ausschnitt des e-m-Spektrums. Dieses sichtbare Licht nehmen Sie eigentlich als weißes Licht wahr, beim Sonnenlicht oft als gelblich. Dass jedoch das Sonnenlicht aus vielen Farben besteht, können Sie beobachten, wenn Sie einen Regenbogen beobachten. Das Sonnenlicht, dass auf die Regentropfen fällt, wird gebrochen und in die Spektralfarben zerlegt, die in der Grundschule als Regenbogenfarben bezeichnet werden. Das nachfolgende Applet zeigt Ihnen, in welchem Bereich Sie das sichtbare Licht wahrnehmen können.
Ausschnitt aus dem de-m-Spektrum
Alles klar?
Welche Wellenlänge hat ultraviolettes Licht?
In welchem Wellenlängenbereich kann ein gesunder Mensch Farben wahr nehmen?
Ab welcher Wellenlänge beginnt rotes Licht?