Wellen kommen in unserem Alltag in den unterschiedlichsten Formen vor. Es gibt unter Anderem Wasserwellen, Schallwellen, elektromagnetische Wellen, Lichtwellen und Materiewellen. Die Physik untersucht viele dieser verschiedenen Formen von Wellen zum Beispiel mithilfe von Modellen. In diesem Artikel erklären wir dir alles, was du über Wellen wissen musst. Das Thema gehört zum Fach Physik.

Was ist eine Welle?

Wellen treten in vielen Bereichen unseres Lebens auf. Zum Beispiel kann mit dem Begriff „Welle“ die Wasserwellen im Meer gemeint sein oder auch elektromagnetische Wellen aus dem Weltall oder Schallwellen. Allgemein kann man sagen, dass eine Welle eine räumliche und zeitliche Zustandsänderung physikalischer Größe ist, die meist nach bestimmten periodischen Gesetzmäßigkeiten erfolgt. In der Physik beschreibt eine Welle also ein räumlich und zeitlich veränderbares Feld, das Energie, jedoch keine Materie, durch den Raum transportiert.

• Eine Welle ist ein räumlich und zeitlich veränderbares Feld, das Energie durch den Raum transportiert.

Wellenmodelle des Lichts

Neben Wasser – oder Schallwellen gibt es auch Lichtwellen. Licht wird demnach als Welle angesehen, man spricht hier auch von der Wellenoptik. Das Lichtmodell nach Christiaan Huygens sagt aus, dass sich Lichtwellen ähnlich wie Schallwellen in der Luft ausbreiten. Diesen Lichtwellen können verschiedene Eigenschaften wie die Amplitude oder die Wellenlänge zugeordnet werden. Mithilfe dieses Modells kann anschaulich die Erscheinung von Reflexion, Brechung und Beugung erklärt werden. Wenn du mehr zu den Lichtmodellen erfahren willst, klicke auf den Begriff und du gelangst zu dem Artikel.

• Lichtwellen breiten sich ähnlich wie Schallwellen in der Luft aus.
• Die Erscheinung von Reflexion, Brechung und Beugung kann mithilfe des Lichtmodells von Christiaan Huygens erklärt werden.

Welche grundlegende Eigenschaften haben Wellen?

Wellen haben unterschiedliche Eigenschaften. Die Amplitude, die Wellenlänge, sowie die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle können sich unterscheiden. Außerdem kann eine Welle durch die von ihr erzeugten Schwingungen charakterisiert werden. Dabei schaut man sich die Periodendauer, also die Schwingungsdauer an, sowie die Frequenz. Wenn du mehr zu den grundlegenden Eigenschaften von Wellen wissen möchtest, klicke einfach auf den Begriff und du gelangst zu dem Artikel.

(Quelle: www.sengpielaudio.com)

Zudem gibt es in der Physik noch weitere Begriffe für Phänomene oder Zustände, die bei Wellen auftreten können. Diese werden im Folgenden beschrieben.

Phasenverschiebung und Gangunterschied

Eine Phasenverschiebung kann auch Phasendifferenz oder Phasenlage genannt werden. In der Physik und in der Technik werden diese Begriffe im Zusammenhang mit periodischen Vorgängen, also zum Beispiel im Zusammenhang mit Wellen, verwendet. Eine Phasenverschiebung liegt vor, wenn zwei Sinusschwingungen gegeneinander in ihren Phasenwinkeln verschoben sind. Ihre Periodendauern stimmen zwar überein, die Zeitpunkte ihrer Nulldurchgänge jedoch nicht.

Unter dem Gangunterschied versteht man die Wegdifferenz, also den Wegunterschied zweier oder mehrerer Wellen. Für eine genauere Beschreibung und anschauliche Beispiele der Phasenverschiebung und des Gangunterschieds, schaue dir den Artikel zu dem Thema an.

Kohärenz

Sämtliche physikalische Wellen wie Lichtwellen, Radarwellen, Schallwellen oder Wasserwellen können auf bestimmte Weise kohärent zu anderen Wellen sein. In einfachen Fällen, wie zum Beispiel bei periodischen Wellen, sind zwei Teilwellen kohärent zueinander, wenn eine feste Phasenbeziehung zueinander besteht. Dies bedeutet häufig eine gleich bleibende Differenz zwischen den Phasen der Schwingungsperiode.

Man kann zwischen räumlicher und zeitlicher Kohärenz unterscheiden. Außerdem gibt es die vollständige Kohärenz, die partielle Kohärenz und die Inkohärenz. All diese Begriffe werden im Rahmen des Artikels über Kohärenz genauer erklärt.

Interferenz

Interferenz tritt bei allen Arten von Wellen auf, also zum Beispiel bei Schallwellen, Lichtwellen, Materiewellen, und so weiter. Die Interferenz beschreibt die Veränderung der Amplitude nach der Überlagerung zweier oder mehrerer Wellen nach dem Superpositionsprinzip.

Das Superpositionsprinzip bezeichnet in der Physik die Überlagerung gleicher physikalischer Größen. Bei Wellen ist die relevante Größe der Überlagerung die Amplitude. Man kann zwischen konstruktiver und destruktiver Interferenz unterscheiden. Wenn du mehr zur Interferenz wissen willst, klicke auf den Begriff und du gelangst zum Artikel.

• Hinsichtlich der Amplitude, der Wellenlänge, der Ausbreitungsgeschwindigkeit, der Periodendauer und der Frequenz unterscheiden sich Wellen.
• Eine Phasenverschiebung liegt vor, wenn zwei Sinusschwingungen gegeneinander in ihren Phasenwinkeln verschoben sind.
• Der Gangunterschied ist die Wegdifferenz zweier oder mehrerer Wellen.
• Kohärenz bezeichnet die Eigenschaft von Wellen, dass es zwischen zwei Wellenzügen eine feste Phasenbeziehung gibt.
• Die Interferenz beschreibt die Veränderung der Amplitude nach der Überlagerung zweier oder mehrerer Wellen nach dem Superpositionsprinzip.

Was sind stehende Wellen?

In der Physik spricht man manchmal auch von stehenden Wellen. Eine stehende Welle entsteht aus der Überlagerung zweier gegenläufig fortschreitender Wellen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude. Die Wellen können dabei aus zwei verschiedenen Erregern stammen oder durch Reflexion einer Welle an einem Hindernis entstehen. Für mehr Informationen zu stehenden Wellen gehe zu dem dazugehörigen Artikel.

• Eine stehende Welle entsteht aus der Überlagerung zweier gegenläufig fortschreitender Wellen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude.

Was ist eine Schwebung?

Als Schwebung bezeichnet man die Resultierende der additiven Überlagerung zweier Schwingungen, die eine ähnliche Frequenz haben. Es entsteht dabei eine Schwingung mit veränderbarer periodischer Amplitude. Schwebungen treten bei Wellen auf, für die das Superpositionsprinzip gilt, welches weiter oben im Artikel schon definiert wurde. Das sind beispielsweise Schallwellen, elektromagnetische Wellen oder elektrische Signalströme. Im Fall von akustischen Wellen entstehen Schwebungen, wenn leicht verschiedene Frequenzen besitzen. Auch zu dem Thema Schwingungen gibt es einen eigenen Artikel mit mehr Informationen.

• Als Schwebung bezeichnet man die Resultierende der additiven Überlagerung zweier Schwingungen, die eine ähnliche Frequenz haben.

Die Reflexion am festen oder am losen Ende

Eine Welle wird an einem festen oder losen Ende reflektiert. Wenn sie dabei in die Richtung reflektiert wird, aus der sie gekommen ist, überlagern sich die Wellen.

Ein festes oder loses Ende einer Welle kann mithilfe eines Seils veranschaulicht werden. Ein festes Ende ist dann gegeben, wenn das Seil am rechten Ende so befestigt wird, dass es nicht schwingen kann. Im Gegensatz dazu ist ein loses Ende gegeben, wenn das Seil schwingen kann. Je nachdem welches Ende vorliegt, verhält sich die Reflexion der Wellen unterschiedlich. In dem Artikel zur Reflexion am festen oder losen Ende wird das näher beschrieben.

• Die Reflexion einer Welle verhält sich unterschiedlich, je nachdem ob sie am festen oder losen Ende reflektiert.

Die Lichtbeugung an einem Einzelspalt

Unter Beugung versteht man im Allgemeinen die Ablenkung von Wellen an einem Hindernis. Dies sind Einzelspalten, Doppelspalten und Mehrfachspalten, auch Gitter genannt. Die geradlinigen Ausbreitung von Wellen tritt auf, wenn die Welle eben auf ein Hindernis trifft oder durch einen Spalt geht. Die Beugung kann nach dem Huygensschen Prinzip beschrieben werden. Die Lichtbeugung an einem Einzelspalt wird in einem eigenen Artikel erklärt.

Die Interferenz am Doppelspalt

Die Interferenz am Doppelspalt kann durch das Doppelspaltexperiment von Thomas Young erklärt werden. Er fand heraus, dass Licht gleiche Eigenschaften wie Schall – oder Mikrowellen hat. Wie genau das Doppelspaltexperiment funktioniert, wird im Artikel zur Interferenz am Doppelspalt erklärt.

Was versteht man unter einem optischen Gitter ?

Ein optisches Gitter kann auch ein Beugungsgitter genannt werden. Es beschreibt ein Reihe von Spalten mit gleicher Spaltbreite und gleichem Abstand zueinander. Daher wird es auch als Mehrfachspalt bezeichnet. Sowie auch bei einem Einzelspalt oder einem Doppelspalt, wird auch beim optischen Gitter Licht gebeugt. Es kommt dann zur Interferenz. Das dabei entstehende Muster kann auf einem Schirm abgebildet werden.

Licht, welches aus einer Mischung von verschiedenen Farben besteht, wird dabei in seine einzelnen Farben aufgefächert so wie beim Prisma. Im Alltag lässt sich das an einer CD beobachten. Dort werden Interferenzfarben sichtbar.

(Quelle: www.leifiphysik.de)

• Unter Beugung versteht man im Allgemeinen die Ablenkung von Wellen an einem Hindernis.
• Licht kann am Einzelspalt, Doppelspalt oder Mehrfachspalt gebeugt werden. Letzteres wird auch als optisches Gitter bezeichnet.

Wellen – Alles Wichtige auf einen Blick

• Eine Welle ist ein räumlich und zeitlich veränderbares Feld, das Energie durch den Raum transportiert.
• Die Erscheinung von Reflexion, Brechung und Beugung kann mithilfe des Lichtmodells von Christiaan Huygens erklärt werden.
• Hinsichtlich der Amplitude, der Wellenlänge, der Ausbreitungsgeschwindigkeit, der Periodendauer und der Frequenz unterscheiden sich Wellen.
• Eine stehende Welle entsteht aus der Überlagerung zweier gegenläufig fortschreitender Wellen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude.
• Unter Beugung versteht man im Allgemeinen die Ablenkung von Wellen an einem Hindernis. Licht kann am Einzelspalt, Doppelspalt oder Mehrfachspalt gebeugt werden. Letzteres wird auch als optisches Gitter bezeichnet.