Dieser Artikel erklärt, was dreidimensionale Wellen in der Physik sind. So finden Sie die Definition einer dreidimensionalen Welle, ihre Eigenschaften und die Gleichung einer dreidimensionalen Welle.
Was ist eine dreidimensionale Welle?
Eine dreidimensionale Welle , auch Kugelwelle genannt, ist eine Welle, die sich in drei Dimensionen ausbreitet. Mit anderen Worten: Dreidimensionale Wellen breiten sich im Raum in alle Richtungen aus.
Beispielsweise ist eine Schallwelle eine dreidimensionale Welle, weil sie sich in allen drei Raumdimensionen ausbreitet. Auch Lichtwellen sind Beispiele für dreidimensionale Wellen.
Daher sind die Wellenfronten dreidimensionaler Wellen konzentrische Kugeln, die sich durch den Raum ausbreiten, weshalb sie auch Kugelwellen genannt werden. Das Zentrum dieser konzentrischen Kugeln ist der Fokus oder Ursprung der dreidimensionalen Welle.
Eigenschaften dreidimensionaler Wellen
Dreidimensionale Wellen haben folgende Eigenschaften:
- Amplitude (A) : ist der Abstand zwischen dem höchsten Punkt der Wellenschwingungen und ihrem Durchschnittswert.
- Periode (T) : ist die Zeit, die die Welle benötigt, um eine vollständige Schwingung auszuführen.
- Frequenz (f) : ist die Anzahl der Schwingungen oder Vibrationen, die die Welle pro Zeiteinheit erzeugt.
- Winkelfrequenz oder Pulsation (ω) : Dies ist die Geschwindigkeit, mit der die Welle schwingt.
- Ausbreitungsgeschwindigkeit (v) : Dies ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Welle ausbreitet.
Gleichung einer dreidimensionalen Welle
Wenn wir angesichts der sphärischen Symmetrie dreidimensionaler Wellen davon ausgehen, dass sich die dreidimensionale Welle durch ein isotropes Medium wie Luft oder Wasser ausbreitet, kann die Gleichung, die ihre Bewegung beschreibt, wie folgt in sphärischen Koordinaten geschrieben werden:
Indem wir die vorherige Differentialgleichung durch Integration lösen, gelangen wir zu der Formel für die Gleichung einer dreidimensionalen Welle :
Gold:
-
ist die Ausdehnung der dreidimensionalen Welle.
-
ist der Abstand zwischen dem Ursprung der Welle und dem Untersuchungspunkt.
-
ist die Amplitude der dreidimensionalen Welle.
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ist die Wellenzahl.
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ist die Kreisfrequenz oder Pulsation der Welle.
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ist der Moment der Zeit.
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ist die Anfangsphase der Welle.
Andere Arten von Wellen
Abhängig von den Dimensionen, in denen sie sich ausbreiten, werden Wellen in longitudinale, zweidimensionale oder dreidimensionale Wellen eingeteilt. Neben dreidimensionalen Wellen gibt es also auch die folgenden zwei Arten von Wellen:
- Eindimensionale Welle : Wellentyp, der sich in einer einzigen Dimension, also in einer einzigen Richtung, ausbreitet.
- Zweidimensionale Welle : Wellentyp, der sich in zwei Dimensionen, also entlang einer Oberfläche, ausbreitet.