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Frage

Was ist eine Welle in der Physik? 

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Antwort

Eine Welle ist in der Physik ein räumlich und zeitlich veränderliches Feld, das Energie, jedoch keine Materie, durch den Raum transportiert.

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Frage

Welche zwei verschiedene Arten von Wellen gibt es? 

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Antwort

Man unterscheidet zwischen Longitudinalwellen und Transversalwellen.

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Frage

Wie nennt man die Art von Welle, die parallel zur Ausbreitungsrichtung schwingen? 

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Antwort

Diese Art von Wellen nennt man Longitudinalwellen.

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Frage

Welche Eigenschaft besitzt eine Transversalwelle? 

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Transversalwellen schwingen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. 

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Frage

Durch welche drei Faktoren kann man Wellen voneinander unterscheiden? 

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Antwort

Die Amplitude, die Wellenlänge und die Ausbreitungsgeschwindigkeit sind Faktoren anhand derer Wellen voneinander unterschieden werden können. 

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Frage

Durch welche zwei Faktoren lassen sich die von Wellen erzeugten Schwingungen charakterisieren? 

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Antwort

Die Frequenz und die Periodendauer charakterisieren die von Wellen erzeugten Schwingungen. 

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Frage

Was beschreibt die Amplitude und wie lässt sie sich am besten messen? 

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Antwort

Die Amplitude beschreibt die maximale Auslenkung der Schwingungen der Welle. Man kann auch sagen, dass sich die Amplitude dort messen lässt, wo der Wellenberg am höchsten ist.

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Frage

Was ist die Wellenlänge? 

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Antwort

Die Wellenlänge ist der Abstand zweier Punkte mit gleicher Phase. Zum Beispiel kann die Wellenlänge herausgefunden werden, wenn man sich den Abstand zwischen zwei benachbarten Wellenbergen oder Wellentälern anschaut.

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Frage

Wie kann die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle beschrieben und gemessen werden? 

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Antwort

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle ist die Geschwindigkeit mit der sich eine bestimmte Phase fortbewegt. Auch hier kann zum Beispiel von einem Wellental oder Wellenberg ausgegangen werden, der dann für eine bestimmte Zeit beobachtet wird.


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Frage

Was ist die Periodendauer? 

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Antwort

Die Periodendauer kann auch als Schwingungsdauer bezeichnet werden. Sie beschreibt die Zeit, die verstreicht, während ein schwingungsfähiges System genau eine Schwingungsperiode durchläuft. Eine Schwingungsperiode ist dann abgeschlossen, wenn sich die Welle also wieder im selben Schwingungszustand befindet wie zu Beginn.

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Frage

In welchem Verhältnis steht die Periodendauer zur Frequenz? 

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Antwort

Der Kehrwert der Periodendauer ist die Frequenz. Es gilt: f= 1/T


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Was ist die Frequenz und in welcher Einheit wird sie gemessen? 

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Antwort

Die Frequenz gibt die Anzahl der vollen Schwingungen pro Zeiteinheit an. Sie wird in Hertz gemessen, was auf den deutschen Physiker Heinrich Hertz zurückgeht.


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Frage

Welcher physikalische Zusammenhang besteht zwischen der Wellenlänge einer Welle und der Frequenz ihrer Schwingung? 

Welche Beziehung ergibt sich dadurch für die Wellenlänge und die Periodendauer? 

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Antwort

Die Wellenlänge und die Frequenz hängen wie folgt miteinander zusammen: 

lambda x f = v 

Setzt man für f also 1/T ein ergibt sich für lambda folgender Zusammenhang: 

lambda = v x T   

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Frage

Was besagt das Reflexionsgesetz? 

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Antwort

Das Reflexionsgesetz besagt, dass der Einfallswinkel und der Reflexionswinkel gleich groß sind.


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Frage

Wo spielt die Reflexion von Wellen im Alltag eine Rolle? Nenne drei Beispiele. 

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Antwort

Die Reflexion von Wellen wird für Ultraschalluntersuchungen verwendet sowie für die Messung der Wassertiefe. Außerdem nutzen Fledermäuse die Wellenreflexion zur Orientierung. 

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Frage

Wo spielt die Reflexion von Wellen im Alltag eine Rolle? Nenne drei Beispiele. 

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Antwort

Die Reflexion von Wellen wird für Ultraschalluntersuchungen verwendet sowie für die Messung der Wassertiefe. Außerdem nutzen Fledermäuse die Wellenreflexion zur Orientierung. 

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Frage

Was passiert bei der Brechung von Wellen? 

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Antwort

Wenn mechanische Wellen von einem Stoff in einen anderen Stoff übergehen, so verändern sie im Allgemeinen ihre Ausbreitungsrichtung. Sie werden also gebrochen. Dabei hängt die Richtung und die Stärke der Brechung vom Einfallswinkel sowie von den Ausbreitungsgeschwindigkeiten in den beiden Stoffen ab. 

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Frage

Was ist die Beugung von Wellen? 

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Antwort

Es kann auch passieren, dass Wellen auf einen Spalt oder eine Kante treffen. Sie breiten sich dann sozusagen um die Ecke aus. Diese Erscheinung wird als Beugung bezeichnet. 

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Frage

Was ist die Interferenz von Wellen? 

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Antwort

Wellen gehen oftmals von verschiedenen Erregern aus. Sie können sich dann überlagern. In der Physik spricht man dabei auch von Interferenz.

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Warum sind zur Erklärung und Erklärung von Licht mehrere Modelle notwendig? 

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Antwort

Licht ist eine sehr komplizierte Erscheinung. Ein einziges Modell kann nicht alle Phänomene des Lichts beschreiben. 

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Frage

Was ist ein Modell? 

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Antwort

Ein Modell ist ein vom Menschen geschaffenes Ersatzobjekt für ein kompliziertes Original. Es stimmt zwar in einigen Merkmalen oder Eigenschaften mit dem Original überein, jedoch ist es nur innerhalb bestimmter Grenzen gültig und sinnvoll anwendbar. Es ist demnach ein Werkzeug zum besseren Verständnis und zur Veranschaulichung eines komplizierten Sachverhalts. 

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Frage

Welche drei Modelle gibt es für Licht? 

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Antwort

Es gibt das Modell der Lichtstrahlen, das Modell der Lichtwellen und das Modell des Lichtquanten.


    


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Frage

Was beschreibt das Modell der Lichtstrahlen? 

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Antwort

Das Modell der Lichtstrahlen beschreibt Licht als Strahl. Das Licht einer Lichtquelle breitet sich geradlinig nach allen Seiten aus, wenn es nicht durch andere Körper daran gehindert wird. Der Weg des Lichts kann durch Halbgeraden, also den Lichtstrahlen veranschaulicht werden.

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Welche Erscheinungen können mit dem Modell der Lichtstrahlen erklärt werden? 

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Folgende Erscheinungen können mit dem Modell der Lichtstrahlen beschrieben werden: 

die geradlinige Ausbreitung von Licht, die Entstehung von Schatten hinter lichtundurchlässigen Körpern, der Weg des Lichts bei der Reflexion an Oberflächen, der Weg des Lichts bei der Brechung beim Übergang von einem Stoff in einen anderen, der Weg des     Lichtes an optischen Bauteilen, wie Spiegeln, Linsen, Prismen, beim Auge sowie bei optischen Geräten. Diese können zum Beispiel     Mikroskope, Fernrohre, Fotoapparate, Bildwerfer, Tageslichtprojektoren, oder Ähnliches sein.     

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Frage

Wie nennt man den Teilbereich der Physik, der sich mit dem Lichtstrahlenmodell beschäftigt? 

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Antwort

Den Teilbereich der Physik, in dem man mit dem Modell der Lichtstrahlen arbeitet, nennt man auch die Strahlenoptik.

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Frage

Wieso ist das Modell der Lichtstrahlen nicht dafür geeignet die Interferenz oder die Beugung von Licht zu erklären? 

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Antwort

Dieses Modell ist nicht dazu geeignet, diese Erscheinungen zu erklären, da Lichtstrahlen nichts über den Charakter von Licht aussagen.

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Frage

Warum kann Licht auch mithilfe eines Wellenmodells beschrieben werden?  

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Antwort

Licht hat die Eigenschaft, dass es an schmalen Spalten oder kleinen Hindernissen gebeugt wird. Hinter Gittern kann man Interferenzerscheinungen beobachten. Das sind wellentypische Erscheinungen. Licht hat demzufolge Eigenschaften von Wellen und kann aus diesem Grund mithilfe des Lichtwellenmodells beschrieben werden.

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Was ist das huygenssche Prinzip? 

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Antwort

Das huygenssche Prinzip ist ein Prinzip nach Christiaan Huygens und kann auch huygens-fresnelsches Prinzip genannt werden. Es besagt, dass jeder Punkt einer Wellenfront als Ausgangspunkt einer neuen Welle betrachtet werden kann. Man spricht auch von der Elementarwelle. Durch die Überlagerung sämtlicher Elementarwellen, auch Superposition genannt, ergibt sich die neue Lage der Wellenfront. 

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Frage

Wie nennt man den Teilbereich der Physik, der sich mit dem Lichtwellenmodell beschäftigt? 

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Antwort

Der Teilbereich der Physik, der sich mit dem Lichtwellenmodell beschäftigt, wird als Wellenoptik bezeichnet.

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Frage

Welcher Effekt kann nicht mithilfe des Lichtwellenmodells erklärt werden? 

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Antwort

Der äußere Fotoeffekt, auch äußerer lichtelektrischer Fotoeffekt genannt, kann nicht mit dem Lichtwellenmodell erklärt werden. 

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Frage

Wer entwickelte das Modell des Lichtquanten? 

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Antwort

Der deutsche Physiker Albert Einstein entwickelte das Lichtquantenmodell. 

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Was beschreibt das Modell des Lichtquanten? 

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Antwort

Nach diesem Modell besteht Licht aus nicht weiter zerlegbaren Energieportionen, auch Photonen genannt. Einerseits verhalten diese sich wie Teilchen, andererseits kann ihnen auch eine Frequenz und eine Wellenlänge zugewiesen werden.   

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Frage

Wie nennt man den Teilbereich der Physik, der sich mit dem Modell des Lichtquanten beschäftigt? 

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Antwort

Der Teilbereich der Physik, der sich mit dem Lichtquantenmodell beschäftigt, wird auch als Quantenoptik bezeichnet. 

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Frage

Welche wellentypischen Erscheinungen lassen sich beim Licht unter Einbeziehung des huygensschen Prinzip erklären? 

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Antwort

Die Beugung von Licht an schmalen Spalten, Kanten und kleinen Hindernissen, die Interferenz (Überlagerung) von Licht und die Polarisation von Licht kann durch das Lichtwellenmodell und das huygenssche Prinzip erklärt werden. 

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Frage

Welches Modell für Licht muss angewendet werden, um den äußeren Fotoeffekt erklären zu können? 

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Antwort

Das Lichtquantenmodell muss angewendet werden. 

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Um welche Wellen handelt es sich bei Lichtwellen? 

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Bei Licht handelt es sich um elektromagnetische Wellen, bei denen sich zeitlich periodisch die Stärke des elektrischen und magnetischen Feldes ändert. Außerdem sind Lichtwellen Transversalwellen. 

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Frage

Wie kann die Phasenverschiebung noch genannt werden? 

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Antwort

Die Phasenverschiebung kann auch Phasendifferenz oder Phasenlage genannt werden.

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Wann liegt eine Phasenverschiebung vor? 

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Antwort

Eine Phasenverschiebung liegt vor, wenn zwei Sinusschwingungen gegeneinander in ihren Phasenwinkeln verschoben sind. 

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Frage

Was ist die Phase ϕ einer Welle? 

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Antwort

Die Sinusschwingung einer Welle kann auch als Projektion einer Kreisbewegung verstanden werden. Der Winkel der Kreisbewegung wird dann als Phase ϕ der Welle bezeichnet. 

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Wie wird die Phase typischerweise angegeben und wie weit reicht eine Phase ? 

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Antwort

Typischerweise wird die Phase im Bogenmaß angegeben und reicht von 0 bis 2π.

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Frage

Was ist das Bogenmaß? 

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Antwort

Die Angabe eines Winkels im Bogenmaß bezieht sich auf die Länge des dazugehörigen Kreisbogens im Einheitskreis. Der Einheitskreis ist einfach ein Kreis mit dem Radius r = 1. Der Vollwinkel im Bogenmaß entspricht dem Gesamtumfang des Einheitskreises und beträgt demnach 2π. 

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Frage

Was lässt sich die Phasenverschiebung definieren? 

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Antwort

Die Phasenverschiebung gibt an, wie viel die Phasen zweier Wellen zueinander verschoben sind. Die Periodendauern beider Wellen stimmen zwar überein, die Zeitpunkte ihrer Nulldurchgänge jedoch nicht.

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Frage

Was ist eine konstante Phasenverschiebung? 

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Antwort

Zwei Wellen mit gleicher Geschwindigkeit und Frequenz haben eine konstante Phasenverschiebung, die nur von den Anfangsphasen abhängt. Hierbei ist also entscheidend, wo die Wellen jeweils starten. Nur bei unterschiedlichen Startpunkten kommt eine Phasenverschiebung zustande.

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Frage

Was ist eine variable Phasenverschiebung? 

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Antwort

Bei der variablen Phasenverschiebung handelt es sich um zwei Wellen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und Frequenz. Hier kann es sein, dass beide Wellen denselben Startpunkt haben und dennoch eine Phasenverschiebung ausbilden, da sie sich nicht mit derselben Geschwindigkeit und Frequenz bewegen. 

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Frage

Was ist der Gangunterschied? 

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Antwort

Der Gangunterschied ist die Wegdifferenz zweier oder mehrerer Wellen.

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Frage

Wie kann die Wegdifferenz noch genannt werden? 

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Antwort

Die Wegdifferenz kann auch als Wegunterschied bezeichnet werden. 

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Frage

Für welche wellentypische Erscheinung ist die Wegdifferenz entscheidend? 

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Antwort

Die Wegdifferenz ist entscheidend für das Auftreten von Interferenzerscheinungen.

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Nenne die Formel für den Zusammenhang zwischen Phasenverschiebung und Gangunterschied im Bogenmaß. 

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Antwort

Die Formel im Bogenmaß :  Δϕ=Δs / λ⋅2π 

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Frage

Nenne die Formel für den Zusammenhang von Phasenverschiebung und Gangunterschied im Gradmaß. 

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Die Formel im Gradmaß:  Δϕ=Δs / λ⋅360°

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Frage

Durch welches Modell kann eine Phasenverschiebung unter Anderem veranschaulicht werden? 

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Antwort

Eine Phasenverschiebung kann zum Beispiel in einem Zeigermodell veranschaulicht werden.

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Frage

Man betrachtet die Schwingung einer Welle als Projektion einer Kreisbewegung. Wie wird eine komplette Schwingung auf Hintergrund dieser Annahme veranschaulicht? 

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Antwort

Betrachtet man die Schwingungen einer Welle als Projektion einer Kreisbewegung, so entspricht eine komplette Schwingung einer Welle einer kompletten Kreisbewegung.

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Frage

In welchem Zusammenhang werden die Begriffe Phasenverschiebung und Gangunterschied in der Physik verwende? 

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Antwort

Der Begriff der Phasenverschiebung sowie des Gangunterschieds werden in der Physik allgemein im Zusammenhang mit periodischen Vorgängen, sowie zum Beispiel bei Wellen, verwendet. 

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Frage

Was ist eine physikalische Definition der Kohärenz? 

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Antwort

In der Physik beschreibt die Kohärenz die Eigenschaft von Wellen im dynamischen Verlauf einer gemeinsamen festen Regel zu folgen.

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Frage

Wie lässt sich die Kohärenz zunächst ganz allgemein definieren? 

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Antwort

Ganz allgemein kann man sagen, dass die Kohärenz einen definierten Phasenzusammenhang zwischen Zuständen verschiedener Energie oder zwischen mehreren Quasiteilchen bezeichnet.

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Frage

Welche Wellen können zueinander kohärent sein? 

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Antwort

Sämtliche physikalische Wellen wie Lichtwellen, Radarwellen, Schallwellen oder Wasserwellen können auf eine bestimmte Weise kohärent zu anderen Wellen sein. Außerdem ist es möglich, dass nur Kohärenz zwischen entsprechenden Teilwellen besteht. 

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Frage

Auf was deutet das Vorhandensein von Kohärenz oftmals hin? 

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Antwort

Das Vorhandensein von Kohärenz deutet oftmals auf eine gemeinsame Entstehungsgeschichte der Wellen hin. Wenn also bei der Wellenerzeugung derselbe ursächliche Mechanismus zu Grunde lag, können gleichbleibende Schwingungsmuster im Wellenzug entstehen. Bei einem späteren Vergleich von Teilwellen können diese Schwingungsmuster sichtbar gemacht werden.

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Frage

Wann sind zwei periodische Wellen kohärent? 

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Antwort

Periodische Wellen sind einfache Fälle. Bei ihnen sind zwei Teilwellen kohärent, wenn eine feste Phasenbeziehung zueinander besteht. Diese Phasenbeziehung bedeutet in der Optik häufig eine gleich bleibende Differenz zwischen den Phasen der Schwingungsperiode. 

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Frage

Woran erkennt man eine besonders deutliche Form der Kohärenz? 

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Antwort

Eine besonders deutliche Form der Kohärenz liegt vor, wenn bei der Überlagerung von Wellen stationäre Interferenzerscheinungen sichtbar werden.


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Frage

Was sind Interferenzerscheinungen? 

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Antwort

Interferenzerscheinungen sind durch die Interferenz des Lichtes entstehende Erscheinungen, die sehr unterschiedlich auftreten können. Je nach Art, Form, Anzahl und gegenseitiger Lage der beteiligten optischen Medien handelt es sich um Flecken, regelmäßige Figuren, Streifen, Ringe, Kurven oder Sonstiges.

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Frage

Was zeigt das Auftreten von stationären Interferenzerscheinungen bei der Überlagerung von Wellen? 

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Antwort

Das Auftreten von stationären, räumlich und zeitlich unveränderlichen Interferenzerscheinungen bei der Überlagerung der Wellen zeigt, dass die Wellenamplituden zweier Wellen direkt miteinander korrelieren.

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Frage

Es treten bei der Überlagerung von Wellen keine Interferenzerscheinungen auf. Was ist nötig, um dennoch Kohärenz bei Wellen nachzuweisen? 

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Antwort

Sind keine Interferenzerscheinungen sichtbar, so ist ein technisch höherer Aufwand oder eine kompliziertere mathematische Betrachtung des Wellenverlaufs nötig, um eine Kohärenz in den Wellen nachzuweisen. 

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Frage

Welche fünf verschiedene Arten der Kohärenz gibt es? 

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Antwort

Es gibt die vollständige Kohärenz, die partielle Kohärenz und die Inkohärenz. Außerdem wir zwischen der räumlichen und zeitlichen Kohärenz unterschieden. 

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Frage

Was ist die vollständige Kohärenz? 

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Antwort

Teilwellen, die sich an einem festen Ort zu einer bestimmten zeitlich gemittelten Intensität überlagern können sich abhängig von der Phasenbeziehung verstärken beziehungsweise auslöschen. Wenn das passiert, liegt eine vollständige Kohärenz vor.

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Frage

Was ist die partielle Kohärenz? 

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Antwort

Bei einer partiellen Kohärenz schwächen sich die Teilwellen nur wenig ab oder verstärken sich nur leicht. 

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Frage

Was ist die Inkohärenz? 

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Antwort

Wenn sich die Teilwellen zu einer mittleren Intensität ausgleichen, nennt man das Inkohärenz. Das Phänomen bedeutet also die Abwesenheit einer definierten Phasenbeziehung. Insbesondere liegt Inkohärenz bei unterschiedlichen Frequenzen vor, wenn alle Phasendifferenzen gleich häufig vorkommen und dadurch keine konstruktive oder destruktive Interferenz möglich ist.

  

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Frage

Was ist die zeitliche Kohärenz? 

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Antwort

Zeitliche Kohärenz liegt vor, wenn entlang der Zeitachse eine feste Phasendifferenz besteht.

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Frage

Wie kann zeitliche Kohärenz gemessen werden? 

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Antwort

Die Kohärenzzeit beziehungsweise die Kohärenzlänge einer Lichtwelle lässt sich messen, indem man diese zwei Teilstrahlen aufteilt und sie später wieder vereint. Mit bestimmten Interferometern ist dies möglich. 

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Was ist die räumliche Kohärenz? 

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Räumliche Kohärenz hingegen liegt dann vor, wenn entlang einer Raumachse eine feste Phasendifferenz besteht.

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Frage

Wie kann räumliche Kohärenz gemessen werden?= 

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Antwort

Ähnlich wie bei der zeitlichen Kohärenz kann die räumliche Kohärenz durch Messung eines Interferometers, das empfindlich auf die räumliche Kohärenz ist. Hierbei wird der Kontrastes eines Interferenzmusters angeschaut. 

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Frage

In welchen Bereichen der Physik spielt die Kohärenz eine Rolle? 

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Antwort

Kohärenz spielt eine Rolle in allen Bereichen der Physik, in denen Interferenzen beobachtet werden können. Insbesondere in der Laseroptik, der Spektroskopie und der Interferometrie ist die Kohärenz ein wichtiger Bestandteil.

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Frage

Warum spielt die Kohärenz vor allem in der Lasertechnik eine große Rolle? 

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Antwort

Vor Allem in der Lasertechnik ist es möglich von einzelnen Photonen zahlreiche Kopien mit zusammenhängender Entstehungsgeschichte zu erzeugen. Aus diesem Grund hat die Kohärenz auch eine große Bedeutung in den Anwendungsbereichen der Lasertechnik. Zum Beispiel ist die Kohärenz wichtig bei der Erstellung von Hologrammen, bei der Quantenkryptographie oder der Signalverarbeitung. 

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Frage

Was sind Interferometer? 

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Interferometer sind Geräte, mit denen man Längenunterschiede sehr genau bestimmen kann. Man benutzt dabei die Wellenlänge des Lichts als Maßeinheit, indem man den Gangunterschied auf zwei zu vergleichenden Wegen bestimmt. 

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Frage

Was beschreibt die Interferenz? 

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Antwort

Die Interferenz beschreibt die Änderung der Amplitude bei der Überlagerung von zwei oder mehreren Wellen. Dies geschieht nach dem Superpositionsprinzip.

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Frage

Bei welchen Arten von Wellen können Interferenzerscheinungen auftreten? 

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Antwort

Interferenz tritt bei allen Arten von Wellen auf, also zum Beispiel bei Schallwellen, Materiewellen, Lichtwellen und so weiter. 

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Frage

Es wird eine Strahlung untersucht, bei der Interferenz auftritt. Auf welche Eigenschaft der Strahlung kann aufgrund des Auftretens von Interferenz geschlossen werden? 

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Antwort

Die untersuchte Strahlung ist wellenartig. Das Auftreten von Interferenz gilt in der Physik als Nachweis für die Wellennatur der jeweiligen untersuchten Strahlung. Interferenz ist also eine wellentypische Erscheinung.

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Frage

Wofür kann die Interferenz genutzt werden? 

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Antwort

Genutzt werden kann die Interferenz zur Bestimmung der Lichtwellenlänge. Interferenz wird auch bei Interferometern angewendet, die beispielsweise zu genauen Längenmessungen eingesetzt werden können.


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Frage

Was wird in der Physik unter dem Superpositionsprinzip verstanden?

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Antwort

Unter dem Superpositionsprinzip wird in der Physik eine Überlagerung gleicher physikalischer Größen, die sich dabei nicht gegenseitig behindern, verstanden. 

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Was beschreibt das Superpositionsprinzip speziell in der Wellenlehre? 

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Antwort

Speziell in der Wellenlehre beschreibt das Superpositionsprinzip die ungestörte Überlagerung, auch Interferenz genannt, mehrerer Wellen des gleichen Typs.

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Welche zwei Fälle gibt es innerhalb der Interferenz? 

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Antwort

Man unterscheidet innerhalb der Interferenz zwei Sonderfälle – Die destruktive Interferenz und die konstruktive Interferenz.

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Was ist die destruktive Interferenz? 

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Antwort

Die destruktive Interferenz tritt auf, wenn die Wellenberge der einen Welle genau auf die Wellentäler der anderen Welle treffen. Es entsteht dadurch eine Welle mit kleinerer Amplitude. Haben die beiden Wellen die gleiche Amplitude löschen sie sich gegenseitig aus. 

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Frage

Um welchen Faktor müssen interferierende Wellen verschoben sein, damit es zu einer destruktiven Interferenz kommt? 

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Antwort

Zur destruktiven Interferenz kommt es immer dann, wenn die beiden Wellen um λ/2 gegeneinander verschoben sind.

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Frage

Mit welcher Formel lässt sich der Gangunterschied in Abhängigkeit der Wellenlänge bei der destruktiven Interferenz bestimmen? 

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Antwort

Der Gangunterschied und die Wellenlänge hängen bei der destruktiven Interferenz wie folgt zusammen: Δs=(n−1/2)⋅λ         

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Was ist die konstruktive Interferenz? 

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Antwort

Die konstruktive Interferenz tritt auf, wenn die Wellenberge der einen Welle genau auf die Wellenberge der anderen Welle treffen. Dabei verstärken sich die beiden Wellen und es entsteht eine Welle mit einer größeren Amplitude. An Orten, wo dies der Fall ist, herrscht also eine konstruktive Interferenz. 

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Wann kommt es immer zur konstruktiven Interferenz? 

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Antwort

Es kommt immer dann zur konstruktiven Interferenz, wenn der Gangunterschied ein Vielfaches der Wellenlänge ist.

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Frage

Wie hängt der Gangunterschied mit der Wellenlänge bei der konstruktiven Interferenz zusammen? 

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Antwort

Für den Gangunterschied gilt in Abhängigkeit der Wellenlänge: Δs=n⋅λ 

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Frage

Was ist eine Folge der konstruktiven und destruktiven Interferenz und wie nennt man diese?

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Antwort

Abwechselnde Maxima und Minima der Intensität, dort wo jedes Wellenfeld für sich eine gleichmäßige Intensität hatte, sind ein Zeichen für das Auftreten von Interferenz zweier Wellenfelder. Dies ist eine Folge der konstruktiven und destruktiven Interferenz, die auch als Interferenzmuster bezeichnet wird.

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Was ist ein anderer Begriff für stehende Wellen?  

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Antwort

Stehende Wellen können auch als Stehwellen bezeichnet werden. 

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Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten, wie eine stehende Welle entstehen kann. Welche sind das? 

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Antwort

Wenn fortlaufende Wellen an einem Hindernis reflektieren, können sich hin – und rücklaufende Wellen überlagern. Es entsteht eine stehende Welle. Außerdem kann aus zwei gegenläufigen Wellen von verschieden Erregern auch eine stehende Welle entstehen.     

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Frage

Was ist eine stehende Welle? 

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Antwort

Stehende Wellen werden als Wellen definiert, deren Auslenkungen an bestimmten Stellen immer bei Null verbleibt.

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Frage

Wann entsteht eine stehende Welle? 

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Antwort

Eine stehende Welle entsteht, wenn zwei harmonische Wellen gleicher Frequenz, gleicher Amplitude und gleicher Schwingungsrichtung gegeneinander laufen.


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Frage

Wieso ist der Begriff "stehende Welle" ein wenig irreführend? 

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Antwort

Der Begriff „stehende Welle“ ist etwas irreführend, weil es sich bei einer stehenden Welle um keine Welle mehr handelt. Es wird keine Energie durch den Raum transportiert.

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Was ist ein Schwingungsknoten? 

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Antwort

Schwingungsknoten sind Stellen, an denen die Welle keine Auslenkung aufweist. 

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Frage

Was ist ein Schwingungsbauch? 

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Antwort

Schwingungsbäuche sind die Stellen mit maximaler Auslenkung im Vergleich zu der     Umgebung.

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Frage

Welchen Abstand haben zwei benachbarte Schwingungsbäuche beziehungsweise -  knoten? 

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Antwort

Der Abstand zweier benachbarter Schwingungsknoten oder Schwingungsbäuche ist gleich der halben Wellenlänge der ursprünglich fortschreitenden Welle.

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Frage

Wie groß ist der Abstand eines Schwingungsbauchs vom Mittelpunkt? 

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Antwort

Der Abstand d eines Schwingungsbauchs vom Mittelpunkt ist ein Vielfaches der halben Wellenlänge. Ausgedrückt kann dieser Zusammenhang durch folgende Formel:

d = n x 1/2λ


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Wie groß ist der Abstand eines Schwingungsknotens vom Mittelpunkt? 

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Antwort

Der Abstand d eines Schwingungsknotens vom Mittelpunkt ist ein Vielfaches der halben Wellenlänge plus ein Viertel. Die Formel sieht also wie folgt aus:


d = (n+1/2) x 1/2λ

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Frage

Wie lässt sich beispielsweise eine stehende Welle erzeugen? 

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Antwort

Man kann eine stehende Welle erzeugen, indem man zum Beispiel ein Seil an ein Haken befestigt und das andere Ende des Seils mit der Hand in Schwingung versetzt. Dabei muss jedoch beachtet werden, ob die Enden des Seils fest oder lose eingespannt sind. 

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Frage

Es wird eine stehende Welle durch Reflexion am festen Ende erzeugt. Wie verhält sich ihre Phase? 

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Antwort

Bei der Reflexion am festen Ende tritt ein Phasensprung auf. Die hin – und rücklaufenden Wellen haben dann eine entgegengesetzte Phase.

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Frage

Es wird eine stehende Welle durch Reflexion am losen Ende erzeugt. Wie verhält sich ihre Phase? 

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Antwort

Bei der Reflexion am losen Ende tritt keine Phasenverschiebung auf und hin – und rücklaufende Wellen haben die gleiche Phase. 

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Wozu können stehende Wellen zum Beispiel genutzt werden?

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Antwort

Stehende Wellen können zum Beispiel zur Bestimmung der Wellenlänge von Schallwellen benutzt werden.

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Frage

Wo wird das Wissen über stehende Wellen im Alltag angewendet? 

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Antwort

Stehende Wellen spielen eine Rolle bei der Betrachtung von Konzertsälen, sowie bei der Herstellung und Betrachtung von Musikinstrumenten. 

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Frage

Wie können die Wellenlängen von Schallwellen bestimmt werden? 

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Antwort

Es wird ein beidseitig offenes Glasrohr in Wasser getaucht und über dem Glasrohr ein Lautsprecher angebracht. Dieser ist mit einem Tonfrequenzgenerator verbunden. Die vom Lautsprecher ausgehenden Schallwellen werden dann an der Wasseroberfläche reflektiert.

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Frage

Was ist die Schwebung? 

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Antwort

Die Schwebung bezeichnet in der Physik einen bestimmten Effekt. Wenn die Resultierende der additiven Überlagerung zweier Schwingungen eine periodisch zu – und abnehmende Amplitude aufweist, wird das Schwebung genannt. Die zwei Schwingungen unterscheiden sich dabei in ihrer Frequenz nur wenig voneinander.

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Warum hat die resultierende Welle bei der Schwebung eine ab - und anschwellende Amplitude? 

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Antwort

Die resultierende Welle hat eine an – und abschwellende Amplitude. Das ist so, weil sich die Momentanwerte der Ausgangsschwingungen je nach Phasenverschiebung gegenseitig periodisch verstärken beziehungsweise abschwächen.

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Frage

Bei welchen Wellen treten im Allgemeinen Schwebungen auf? 

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Antwort

Schwebungen treten bei allen Wellen auf, für die das Superpositionsprinzip gilt.

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Frage

Nenne drei Beispiele für Wellen, bei denen Schwebungen auftreten. 

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Antwort

Zum Beispiel treten Schwebungen bei Schallwellen, elektromagnetischen Wellen oder elektrische Signalströmen auf.

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Was hören wir, wenn zwei Töne gleicher Lautstärke und mit sich wenig unterscheidenden Frequenzen erklingen? Und wie bezeichnet man diese Erscheinung? 

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Antwort

Erzeugt man zwei solche Töne mit leicht verschiedenen Frequenzen, so nimmt unser Ohr diese beiden Töne nicht getrennt wahr. Wir hören nur ein An – und Abschwellen eines Tones, dessen Höhe in etwa mit der Höhe des Ausgangstones übereinstimmt. Diese Erscheinung wird eben als Schwebung bezeichnet. 

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Was ist die Überlagerungsschwingung? 

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Antwort

Erklingen zwei Töne mit leicht unterschiedlicher Frequenz, so ist ein Ton zu hören, dessen Frequenz dem Mittelwert der Frequenzen der beiden überlagerten Tönen entspricht. Der Ton wird auch als Überlagerungsschwingung bezeichnet.

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Frage

Wie kann die Frequenz der Überlagerungsschwingung berechnet werden? 

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Antwort

Die Frequenz der Überlagerungsschwingung wird durch das arithmetische Mittel der beiden Ausgangsfrequenzen berechnet. Die Formel lautet also wie folgt:


fR = (f1 + f2) / 2 

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Frage

Was ist die Frequenz der Einhüllenden? 

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Antwort

Die Amplitude der Überlagerungsschwingung schwankt mit der Frequenz, die als fS bezeichnet wird. Man nennt diese Größe auch die Frequenz der Einhüllenden.

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Frage

Wie berechnet man die Frequenz der Einhüllenden? 

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Antwort

Berechnet wird die Frequenz der Einhüllenden durch die Formel fS = (f1 – f2) / 2


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Was ist die Schwebungsfrequenz? 

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Antwort

Die Frequenz der Einhüllenden fS ist in der Regel viel kleiner als die die Frequenz der Überlagerungsschwingung fR. Die Schwebungsfrequenz beschreibt die Frequenz, mit der sich der Betrag der Einhüllenden verändert. 

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Frage

Wie berechnet man die Schwebungsfrequenz? 

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Antwort

Die Schwebungsfrequenz kann berechnet werden durch den Betrag der Differenz der Frequenz von Ton 1 und der Frequenz von Ton 2.   

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Frage

Wie hängt die Überlagerungsschwingung mit der Schwebungsfrequenz zusammen? 

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Antwort

Erklingen zwei Töne, deren Frequenzen sich nur wenig unterscheiden, so ist ein Ton der Frequenz fR, also der Überlagerungsschwingung, zu hören. Dieser Ton ist nicht immer gleich laut, sondern schwankt mit der Schwebungsfrequenz f.

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Frage

Was passiert, wenn die Ausgangsfrequenzen nah aneinander liegen? 

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Antwort

Je näher die beiden Ausgangsfrequenzen aneinander liegen, desto langsamer schwillt die Lautstärke der resultierenden Schwingung auf und ab. Außerdem ist auch die Frequenz der Einhüllenden geringer, umso näher die beiden Ausgangsfrequenzen aneinander liegen.

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In welchem Bereich findet die Schwebung vor Allem Anwendung? Nenne aus diesem Bereich zwei Beispiele. 

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Vor Allem in der Musizierpraxis findet die Schwebung Anwendung. Hier wird sie verwendet zur Stimmung von Musikinstrumenten oder zum Einbau eines belebenden Klangeffekts bei Instrumenten wie dem Akkordeon oder der Pfeifenorgel. 

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Frage

Wie funktioniert das Stimmen eines Musikinstruments nach Gehör? 

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Antwort

Stimmt man ein Musikinstrument nach Gehör, so wird dieses so lange eingestellt, bis keine Schwebungen mehr zu hören sind. Man spricht dann von einem Ton, der schwebungsnull ist.

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Ein weiterer Anwendungsbereich der Schwebung ist die Schiffsfahrt. Wozu wird die Schwebung hier verwendet? 

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Antwort

Schiffbrüchigen gibt man meist eine Pfeife mit, die besonders tiefe Töne von sich gibt. Tiefe Töne sind nämlich über eine große Entfernung weiter hörbar als hohe Töne. Will man einen tiefen Ton direkt erzeugen, müsste die Pfeife jedoch unhandlich groß erstellt werden. Durch die Überlagerung zweier Töne gelingt es, eine niederfrequente Schwingung mit der Schwebungsfrequenz zu erzeugen.   

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Frage

Was ist der Momentanwert? 

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Antwort

Der Momentanwert beschreibt einfach nur den Wert einer zeitabhängigen Größe zu einem gegebenen Zeitpunkt. 

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Was lässt sich bei Schwebungen hinsichtlich Frequenzen oder Frequenzverschiebungen sagen? 

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Antwort

Bei der Schwebung werden keine neuen Frequenzen erzeugt und es treten auch keine Frequenzverschiebungen auf. 

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Frage

Was bedeutet Reflexion? 

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Antwort

Eine Reflexion bedeutet in der Physik das Zurückwerfen von Wellen an einer Grenzfläche. An dieser Grenzfläche ändert sich der Wellenwiderstand oder der Brechungsindex des Ausbreitungsmediums. 

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Was passiert mit einer Welle, die in dieselbe Richtung reflektiert wird aus der sie gekommen ist? Wie nennt man dieses Phänomen? 

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Antwort

Wird die Welle in die Richtung reflektiert, aus der sie gekommen ist, so überlagern sich die hin – und rücklaufende Welle. Man nennt dieses Phänomen auch Interferenz.

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Für welche Wellen gelten die Reflexionsgesetze? 

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Antwort

Die Gesetze der Reflexion gelten für jede Transversalwelle.

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Was bedeutet die Reflexion am festen Ende? Beschreibe anhand des Beispiel eines Seils.  

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Antwort

Ein Ende eines Seils wird so befestigt, dass es nicht schwingen kann. Ein gutes Beispiel wäre hier die Befestigung des Seils an einer Wand. 

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Frage

Welche Eigenschaften haben die hin - und rücklaufenden Wellen bei einer Reflexion am festen Ende? 

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Antwort

Die hin – und rücklaufenden Wellen weisen einen Phasenunterschied  π auf. Das heißt sie sind gegenphasig und interferieren destruktiv.

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Frage

Wie groß ist die Phasenverschiebung der hin - und rücklaufenden Wellen bei der Reflexion am festen Ende? 

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Antwort

Es kommt zu einer Phasenverschiebung von π=180°.

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Frage

Es findet eine Reflexion am festen Ende statt. In welchem Abstand entstehen Schwingungsbäuche? 

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Antwort

Bei einer Reflexion am festen Ende entstehen sie im Abstand vom Vielfachen der halben Wellenlänge plus einem Viertel der Wellenlänge.

Für den Abstand D eines Schwingungsbauches von der Wand gilt also:

D = n⋅λ/2+λ/4 = (n+12) ⋅ λ/2

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Es findet eine Reflexion am festen Ende statt. In welchem Abstand entstehen Schwingungsknoten? 

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Antwort

Bei einer Reflexion am festen Ende entsteht ein Schwingungsknoten an der Wand. Weitere Schwingungsknoten entstehen im Abstand von Vielfachen der halben Wellenlänge.
Für den Abstand D eines Schwingungsknotens von der Wand gilt also:

D=n⋅λ/2

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Frage

Was bedeutet die Reflexion am losen Ende? Beschreibe anhand des Beispiels eines Seils. 

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Antwort

Bei der Reflexion am losen Ende wird ein Seil so befestigt, dass es schwingen kann. Zum Beispiel kann es an einem beweglichen Haken an einem Stab angebunden werden. Dadurch kann es weiterhin schwingen und ist nicht fest.

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Frage

Welche Eigenschaften haben die hin - und rücklaufenden Wellen bei der Reflexion am losen Ende? 

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Antwort

Die hin – und rücklaufenden Wellen weisen keine Phasenverschiebung auf. Das heißt sie sind gleichphasig und interferieren konstruktiv.

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Frage

Es gibt eine Reflexion am losen Ende. In welchem Abstand entstehen Schwingungsbäuche? 

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Antwort

Bei der Reflexion am losen Ende entsteht an der Wand ein Schwingungsbauch und weitere in einem Abstand vom Vielfachen der halben Wellenlänge. Bei der Reflexion am losen Ende gilt also für den Abstand D der Schwingungsbäuche:

D=n⋅λ/2

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Es gibt eine Reflexion am losen Ende. In welchem Abstand entstehen Schwingungsknoten? 

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Schwingungsknoten entstehen bei der Reflexion am losen Ende im Abstand vom Vielfachen der halben Wellenlänge plus einem Viertel der Wellenlänge. Für den Abstand D eines Schwingungsknotens von der Wand gilt also bei der Reflexion am losen Ende:

D = n⋅λ/2+λ/4 = (n+1/2) ⋅ λ/2


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Frage

Bei einer Reflexion am festen Ende wird ein Wellenberg als Wellental reflektiert. Wie nennt man dieses Phänomen? 

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Antwort

Dieses Phänomen wird Phasenumkehr genannt. 

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Frage

Wie ist die Auslenkung einer Welle bei der Reflexion am festen Ende? 

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Antwort

Am festen Ende ist die Auslenkung der Welle zu jedem Zeitpunkt gleich null.

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Wie ist die Auslenkung einer Welle bei der Reflexion am losen Ende? 

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Antwort

Am losen Ende ist die Auslenkung der Welle maximal.

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Welche besondere Welle entsteht sowohl bei der Reflexion am festen Ende als auch bei der Reflexion am losen Ende? 

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Antwort

Bei der Reflexion am festen und am losen Ende entsteht eine stehende Welle. 

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Was versteht man im Allgemeinen unter Beugung? 

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Antwort

Im Allgemeinen versteht man unter Beugung die Ablenkung von Wellen an einem Hindernis.

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Wie kann man die Beugung noch nennen? 

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Antwort

Die Beugung wird manchmal auch als Diffraktion bezeichnet.

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Nach welchem Prinzip kann die Beugung erklärt werden? 

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Antwort

Die Beugung kann nach dem huygensschen Prinzip erklärt werden.


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Was ist das huygenssche Prinzip?

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Das huygenssche Prinzip besagt, dass jeder Punkt einer Wellenfront als Ausgangspunkt einer neuen Welle betrachtet werden kann. Man spricht auch von der Elementarwelle. Durch die Überlagerung sämtlicher Elementarwellen, auch Superposition genannt, ergibt sich die neue Lage der Wellenfront. Die Lichtwelle hinter einem Hindernis läuft so weiter, als ob von jedem Punkt der Öffnung eine neue Elementarwelle ausginge. Diese Wellen breiten sich in demselben Medium und mit der gleichen Geschwindigkeit aus wie die ursprüngliche Welle.   

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Frage

Beugung tritt auf, wenn Wellen auf ein Hindernis treffen. Welche drei Arten von Hindernissen gibt es? 

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Antwort

Hindernisse können Einzelspalt, Doppelspalt oder Mehrfachspalt sein. Der Mehrfachspalt wird auch als Gitter bezeichnet. 

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Frage

Wie funktioniert die Beugung am Einzelspalt? 

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Antwort

Die Lichtbeugung kommt so zustande, indem eine Lichtwelle auf einen Einfachspalt trifft. Es kommt zur Beugung an diesem Spalt und hinter dem Spalt bildet sich nach dem huygensschen Prinzip eine neue Wellenfront. Diese Elementarwellen breiten sich hinter dem Spalt in alle Richtungen gleichmäßig aus und überlagern sich. 

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Wodurch entstehen Interferenzmuster? 

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Antwort

Das Interfernzmuster entsteht durch konstruktive und destruktive Interferenz der Elementarwellen. 

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Was sind Minima? 

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Antwort

Minima werden die Stellen am Schirm genannt, an denen kein Licht ankommt.

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Welche Art von Interferenz herrscht bei den Minima vor? 

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Antwort

Wenn alle Elementarwellen destruktiv interferieren, herrscht ein Minima vor.

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Frage

Was gilt am Minima für den Gangunterschied? 

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Antwort

Der Gangunterschied Δs zwischen dem oberen und dem unteren Randstrahl ist beim Minima gleich einem Vielfachen der Wellenlänge. 

Die Formel lautet: Δs=k⋅λ

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Frage

Was ist ein Maxima? 

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Antwort

Maxima sind die Stellen am Schirm zwischen den Minima, an denen am meisten Licht ankommt.

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Was gilt für den Gangunterschied beim Maxima? 

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Antwort

Es gibt ein Maxima, wenn der Gangunterschied Δs zwischen dem oberen und dem unteren Randstrahl gleich einem Vielfachen der Wellenlänge plus einer halben Wellenlänge ist. Daher gilt für die Maxima:

Δs=k⋅λ+0,5⋅λ=[(2k+1) / 2] ⋅λ

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Frage

Es kann ein Zusammenhang zwischen dem Winkel α und den Positionen der Maxima beziehungsweise der Minima festgestellt werden. Nenne die Formel, die diesen Zusammenhang allgemein ausdrückt. 

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Antwort

Der Winkel α kann durch folgende Formel berechnet werden: sinα=Δs/d


d steht dabei für die Spaltbreite. 

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Frage

Es liegt ein Minima vor. Wie kann der Winkel α berechnet werden? 

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Antwort

Der Winkel kann mit folgender Formel berechnet werden, wenn ein Minima vorliegt: 

sinα=(k⋅λ)/d 

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Frage

Es liegt ein Maxima vor. Wie kann der Winkel α berechnet werden? 

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Antwort

Wenn ein Maxima vorliegt, kann der Winkel mit folgender Formel berechnet werden: 

sinα=(0.5⋅λ+k⋅λ)/d =[(2k+1)/2d]⋅λ

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Nenne die drei Sachverhalte, die bei einer Beugung am Einzelspalt gelten. 

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Antwort

Je kleiner der Spalt ist, durch den das Licht geht, desto stärker wird das Licht um diesen Spalt gebeugt.    
Die Intensität des Lichts wird mit einem steigenden Winkel kleiner.     

In der Regel ist der Spalt größer als die Wellenlänge des eingestrahlten Lichts. Es gibt also eine ganze Wellenfront, da von jedem Punkt des Spalts eine neue Elementarwelle ausgeht.     


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Frage

Wie unterscheiden sich die Begriffe "Interferenz" und "Beugung" voneinander? 

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Antwort

Die Begriffe der Interferenz und der Beugung sind sich ziemlich ähnlich, da sie im Grunde dasselbe Phänomen beschreiben. Daher ist es wichtig, die Unterscheidung zu kennen. Von der Beugung spricht man, wenn nur ein einzelner Spalt betrachtet wird. Beim Zusammenwirken von mehreren Spalten wird dann von Interferenz geredet. 

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Frage

Was ist ein Doppelspalt? 

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Antwort

Zwei Spalte, in denen jeweils Elementarwellen entstehen, werden Doppelspalt genannt.     

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Welche drei Arten von Hindernissen gibt es für Wellen? 

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Antwort

Es gibt Einfachspalte, Doppelspalte und Mehrfachspalte.     

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Was wird beim Doppelspaltexperiment gemacht? 

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Antwort

Beim Doppelspaltexperiment schickt man kohärente Wellen, wie zum Beispiel Licht – oder Materiewellen durch zwei schmale, parallele, nahe beieinanderliegende Spalte. 

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Was passiert beim Doppelspaltexperiment mit den Wellen und was resultiert daraus? 

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Antwort

An den beiden Spalten entstehen laut dem huygensschen Prinzip neue Elementarwellen. Diese Elementarwellen überlagern sich und bilden beim Auftreffen auf einem Beobachtungsschirm ein Interferenzmuster aus hellen und dunklen Streifen. 

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Frage

Unter welcher Bedingung tritt ein Interferenzmuster beim Doppelspaltexperiment auf? 

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Antwort

Ein Interferenzmuster tritt nur auf, wenn die Wellenlänge der Wellen kleiner ist als der Abstand der zwei Spalte. 

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Was sind Minima? 

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Antwort

Minima werden die Stellen an dem Beobachtungsschirm genannt, an denen kein Licht ankommt.

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Welche Art der Interferenz herrscht bei einem Minima vor? 

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Antwort

Bei einem Minima interferieren die Wellen destruktiv. 

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Welche Art von Interferenz herrscht bei einem Maxima vor? 

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Antwort

Bei einem Maxima interferieren die Wellen konstruktiv. 

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Was ist ein Maxima? 

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Antwort

Maxima sind die Stellen am Schirm zwischen den Minima, an denen Licht ankommt.

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Was gilt für die Minima beim Doppelspaltexperiment? 

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Antwort

Die Wellen interferieren destruktiv, wenn der Gangunterschied Δs zwischen dem oberen und dem unteren Randstrahl gleich einem Vielfachen der Wellenlänge plus einer halben Wellenlänge ist. Es gilt daher für die Minima:

Δs=k⋅λ+0,5⋅λ=[(2k+1) / 2]⋅λ

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Was gilt für die Maxima beim Doppelspaltexperiment? 

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Die Wellen interferieren konstruktiv, wenn der Gangunterschied Δs zwischen dem oberen und dem unteren Randstrahl gleich einem Vielfachen der Wellenlänge ist. Daher gilt für die Maxima:

Δs=k⋅λ

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Welcher Zusammenhang besteht allgemein zwischen dem Winkel α und den Positionen der Minima und Maxima beim Doppelspalt? 

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Antwort

Es gilt: sinα=Δs/b

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Was ist bei Abbildungen des Doppelspaltexperiments im Bezug zur Realität zu beachten? 

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Antwort

Die Abbildungen sind nicht maßstabsgetreu. In der Realität arbeitet man bei den Spaltenabständen im Millimeterbereich und die Schirmabstände sind in der Größenordnung von einigen Metern. Der Schirmabstand ist in etwa um einen Faktor 1000 oder 10000 größer als der Abstand der beiden Spalte voneinander. Zudem ist auch der betrachtete Winkel α in Wirklichkeit sehr klein, also in etwa bei 1 Grad. Auch verlaufen die beiden Wellenstrahlen in der Realität beinahe parallel. 

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Von wem und wann wurde das Doppelspaltexperiment zum ersten Mal durchgeführt? 

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Das Doppelspaltexperiment wurde von Thomas Young im Jahr 1802 das erste Mal durchgeführt. 

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Was ist der Welle-Teilchen Dualismus? 

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Mit Teilchen wie Atomen, Elektronen, Neutronen oder Molekülen funktioniert das Experiment ebenfalls. Es können also auch bei Teilchen Interferenzmuster beobachtet werden. Das lässt darauf schließen, dass auch die klassisch nur als Teilchen angesehenen Objekte Welleneigenschaften haben. Dieses Phänomen wird als Welle-Teilchen Dualismus bezeichnet.

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Wozu wird das Doppelspaltexperiment in der Quantenphysik oft benutzt? 

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Antwort

In der Quantenphysik nutzt man das Doppelspaltexperiment oftmals dazu, den Welle-Teilchen Dualismus von bestimmten Objekten zu demonstrieren. 

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In welchem Zusammenhang steht der Winkel α speziell zu den Positionen der Maxima? 

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Will man den Winkel bei einem Maxima berechnen, so muss man also folgende Formel anwenden:
sinα=(k⋅λ)/b

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In welchem Zusammenhang steht der Winkel α  speziell zu den Positionen der Minima? 

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Will man den Winkel α bei einem Minima berechnen, so braucht man diese Formel: sinα=[(2k+1)/2b]⋅λ

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Das Interferenzmuster beim Doppelspaltexperiment besteht aus hellen und dunklen Streifen. Wie hängen diese mit den Maxima und Minima zusammen? 

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Antwort

Die hellen Streifen entstehen durch die Maxima, während die dunklen Streifen bei einem Minima entstehen. 

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Wie kann das optische Gitter noch genannt werden? 

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Antwort

Ein optisches Gitter kann auch als Mehrfachspalt oder als Beugungsgitter bezeichnet werden.

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Was sind optische Gitter im Allgemeinen? 

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Antwort

 Im Allgemeinen sind optische Gitter periodische Strukturen zur Beugung von Licht. Ein optisches Gitter ist ein Mehrfachspalt, also eine Reihe von Spalten mit gleicher Spaltbreite und gleichem Abstand zueinander.

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Wie unterscheiden beziehungsweise gleichen sich die Interferenzmuster beim Doppelspalt und beim Mehrfachspalt? 

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Das Interferenzmuster bei einem optischen Gitter gleicht bei gleicher Spaltbreite dem des Doppelspalts. Jedoch sind die Maxima heller und schärfer.

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Warum sind die Maxima eines Mehrfachspalts heller und schärfer? 

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Die erhöhte Helligkeit entsteht dadurch, dass mehrere Spalte beleuchtet werden. Es kann somit mehr Licht zum Schirm gelangen. 

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Frage

Wie funktioniert ein optisches Gitter? 

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Antwort

Wie auch beim Einzelspalt und beim Doppelspalt spielt das huygenssche Prinzip beim Mehrfachspalt eine Rolle. Wenn eine Welle auf einen Spalt trifft, so ist laut dem huygensschen Prinzip jeder Punkt der Wellenfront ein Ausgangspunkt einer neuen Elementarwelle. Diese Elementarwellen überlagern sich und bilden beim Auftreffen auf dem Schirm ein Interferenzmuster.

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Von welchen Größen hängt bei einem optischen Gitter die Ablenkungswinkel ab? 

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Antwort

Die Ablenkungswinkel hängen von der Gitterkonstante und von der Wellenlänge ab.


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Was ist die Gitterkonstante? 

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Antwort

Die Abstände zwischen den einzelnen Spalten wird als Gitterkonstante bezeichnet.

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Wie hängt die Größe der Gitterkonstante mit dem Abstand der Maxima zusammen? 

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Antwort

Je kleiner der Abstand zwischen den Spalten ist, also je kleiner die Gitterkonstante ist, umso größer ist der Abstand der Maxima.

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Frage

Worin besteht bei einem optischen Gitter ein Vorteil gegenüber einem Doppelspalt? 

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Antwort

Es lassen sich optische Gitter mit mehreren hundert Strichen pro Millimeter herstellen. Das ist ein großer Vorteil des optischen Gitters.

Beim Doppelspalt funktionieren so geringe Spaltabstände nicht. Da es beim Doppelspalt nur zwei Spalte gibt, würde so wenig Licht hindurch kommen, dass das Beugungsbild nicht sichtbar wäre. Bei optischen Gittern ist es also möglich geringe Spaltabstände herzustellen, sodass es große Abstände zwischen den Maxima gibt. 

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Was gilt für die Hauptmaxima beim optischen Gitter? 

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Antwort

Es gilt für die Hauptmaxima:

Δs=k⋅λ

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Welche zwei verschiedene Arten von optischen Gittern können unterschieden werden? 

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Antwort

Es gibt das Transmissionsgitter und das Reflexionsgitter. 

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Was ist das Transmissionsgitter? Nenne ein Beispiel für ein Transmissionsgitter aus dem Alltag.

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Als Transmissionsgitter werden diejenigen Gitter bezeichnet, die das Licht durchlassen. Sie werden auch Amplitudengitter genannt und bestehen aus einer Abfolge von durchlässigen und undurchlässigen Bereichen. Gardinen wirken zum Beispiel wie Transmissionsgitter. 

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Was ist ein Reflexionsgitter? Nenne ein Beispiel für ein Reflexionsgitter aus dem Alltag. 

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Reflexionsgitter werden auch Phasengitter genannt. Sie sind optische Gitter, die das Licht reflektieren. Daher sind sie im Allgemeinen effizienter als Transmissionsgitter, weil die gesamte Strahlungsleistung zur gebeugten Leistung beiträgt. Handydisplays oder CDs wirken zum Beispiel wie Reflexionsgitter. 

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Nenne drei Anwendungsbereiche der optischen Gitter. 

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Optische Gitter kommen in optischen Messeinrichtungen zum Einsatz. Man benutzt sie zur Monochromatisierung der Strahlung oder zur Analyse von Spektren. Außerdem werden mit optischen Gittern Laser frequenzstabilisiert, kurze Laser-Impulse hoher Leistung verstärkt und in Lasershows Punktmuster erzeugt.


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Woran erkennt man, dass CDs wie optische Gitter wirken? 

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Wenn man eine CD im Licht betrachtet, kann man beobachten, dass sie bunt schillert. Die Ursache dafür ist, dass CDs wie optische Gitter wirken. Es entstehen Interferenzmaxima, deren Lage von der Wellenlänge des Lichts abhängen. Die Oberfläche erscheint dadurch je nach Betrachtungswinkel in unterschiedlichen Farben. 

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Welches spezifische optische Gitter stellt eine CD dar? 

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Eine CD ist ein Beispiel für ein Reflexionsgitter. 

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Warum kann eine CD als Beispiel für ein Reflexionsgitter genannt werden? 

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Die digitalen Informationen auf einer CD sind in einer spiralförmigen Spur gespeichert, die unterschiedlich lange Vertiefungen besitzt. Der Abstand der Spuren ist sehr klein und konstant. Die Oberfläche weist somit eine regelmäßige Struktur auf. Auf der anderen Seite der CD befindet sich die Reflexionsschicht, sodass die CD ein Reflexionsgitter darstellt. 

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