▷ Welle (Physik)

Dieser Artikel erklärt, was Wellen in der Physik sind und welche Eigenschaften sie haben. Sie finden also die Definition einer Welle in der Physik, Beispiele für Wellen, was sind die Elemente von Wellen und schließlich, welche verschiedenen Arten von Wellen es in der Physik gibt.

Was ist eine Welle in der Physik?

In der Physik ist eine Welle eine Störung, die sich durch den Raum ausbreitet und dabei Energie transportiert, aber keine Materie transportiert. Mit anderen Worten: Eine Welle ist eine Bewegung, die sich durch einen Raum ausbreitet, der nach dem Durchgang der Welle in seinem Ausgangszustand bleibt.

Im Allgemeinen sind die in der Physik untersuchten Wellen harmonische und periodische Wellen, was bedeutet, dass sich ihr Diagramm im Laufe der Zeit zyklisch wiederholt und sie durch eine Sinus- oder Kosinusfunktion definiert werden können.

Einige Wellen erfordern den Transport eines materiellen Mediums, während andere im Vakuum transportiert werden können. Im Folgenden werden wir sehen, welche verschiedenen Arten von Wellen es gibt.

Beispiele für Wellen

Nachdem wir nun die Bedeutung einer Welle in der Physik kennen, schauen wir uns einige Beispiele alltäglicher Wellen an, um das Konzept besser zu verstehen.

Beispiele für Wellen:

Schallwellen.
Beim Werfen eines Steins entstehen Wellen auf der Wasseroberfläche.
Die Welle, die durch die Vibration einer Saite erzeugt wird.
Wellen breiten sich über einen Pier aus.
Elektromagnetische Wellen.

Elemente einer Welle

Die Elemente oder Teile einer Welle sind:

Dehnung (y) : ist der Abstand zwischen der Position der Welle und ihrer Gleichgewichtsposition.
Amplitude (A) : ist der Abstand zwischen der maximalen Streckung und ihrer Gleichgewichtsposition.
Kamm : jeder der höchsten Punkte der Welle.
Tal : jeder der tiefsten Punkte der Welle.
Zyklus oder Schwingung : Es ist der Weg der Welle von einem Punkt zum nächsten äquivalenten Punkt.
Wellenlänge (λ) : ist der Abstand, der zwei aufeinanderfolgende äquivalente Punkte der Welle trennt.
Periode (T) : ist die Zeit, die benötigt wird, um eine vollständige Schwingung abzuschließen.
Frequenz (f) : ist die Anzahl der Schwingungen oder Vibrationen, die die Welle pro Zeiteinheit ausführt.

$f=\cfrac{1}{T}$

Winkelfrequenz (oder Pulsation) (ω) : Dies ist die Geschwindigkeit, mit der die Welle Schwingungen ausführt.

$\omega=\cfrac{2\cdot \pi}{T}=2\cdot \pi \cdot f$

Wellenzahl (k) : ist definiert als die Anzahl der Zyklen, die über eine Länge von 2π Metern ausgeführt werden.

$k=\cfrac{2\cdot \pi}{\lambda}$

Ausbreitungsgeschwindigkeit (v) : Dies ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Welle ausbreitet.

$v=\cfrac{\lambda}{T}=\cfrac{\omega}{k}$

Gleichung einer Welle

In der Physik lautet die Gleichung für eine Welle y(x,t) = A sin(k x ± ω t + φ ₀ ). Mit dieser Formel wird die Ausdehnung der Welle an einem bestimmten Ort und zu einem bestimmten Zeitpunkt berechnet.

$y(x,t)=A\cdot \text{sin}(k\cdot x\pm w\cdot t+\phi_0)$

Gold:

$y$

ist die Ausdehnung der Welle.
$A$

ist die Amplitude der Welle.
$x$

ist der Abstand vom untersuchten Punkt zum Ursprung der Welle.
$k$

ist die Wellenzahl.
$\omega$

ist die Winkel- oder Pulsationsfrequenz.
$t$

ist der Moment der Zeit.
$\phi_0$

ist die Anfangsphase der Welle.

Das Vorzeichen vor der Winkelgeschwindigkeit bestimmt die Ausbreitungsrichtung der Welle. Wenn das Vorzeichen negativ ist, bedeutet dies, dass sich die Welle nach rechts ausbreitet. Ist das Vorzeichen hingegen positiv, bedeutet dies, dass sich die Welle nach links ausbreitet.

Hinweis: Beachten Sie, dass es in der Physik mehrere Möglichkeiten gibt, die Gleichung einer Welle auszudrücken, sodass sie auch durch eine Kosinusfunktion ausgedrückt werden kann. Die am häufigsten verwendete Formel ist jedoch die in diesem Artikel erläuterte Funktion.

Arten von Wellen

In der Physik gibt es verschiedene Möglichkeiten, Wellen zu klassifizieren. Im Folgenden werden wir daher sehen, welche verschiedenen Wellentypen es nach den Kriterien gibt, nach denen sie klassifiziert werden.

Entsprechend den Ausbreitungsdimensionen

Eindimensionale Wellen : Die Welle breitet sich nur in eine Richtung aus.
Zweidimensionale Wellen : Die Welle breitet sich in zwei Dimensionen aus, also entlang einer Oberfläche.
Dreidimensionale Wellen : Die Welle breitet sich in drei Dimensionen aus, also im Raum.

Abhängig von der Richtung der Schwingungen

Longitudinalwellen : Die Richtung der Schwingungen ist dieselbe wie die Richtung der Wellenausbreitung.
Transversalwellen : Die Richtung der Schwingungen steht senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen.

Abhängig vom Medium

Mechanische Wellen : Die Welle benötigt ein materielles Medium, um sich auszubreiten.
Elektromagnetische Wellen : Die Welle kann sich im Vakuum ausbreiten.

Entsprechend seiner Häufigkeit

Periodische Wellen : Der Wellengraph wiederholt sich zyklisch.
Nichtperiodische Wellen : Die Welle schwingt frei, ohne einem zyklischen Muster zu folgen.

Für eine detailliertere Erklärung sowie Beispiele für jeden Wellentyp klicken Sie auf den folgenden Link:

➤ Siehe: Wellenarten in der Physik

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