▷ Mechanische Welle: Eigenschaften, Formel, Typen und Beispiele

Dieser Artikel erklärt, was mechanische Wellen in der Physik sind und welche Eigenschaften sie haben. Sie finden hier die Definition einer mechanischen Welle, Beispiele für mechanische Wellen, die Gleichung einer mechanischen Welle und auch die verschiedenen Arten mechanischer Wellen.

Was ist eine mechanische Welle?

Eine mechanische Welle ist eine Art Welle, die sich durch ein materielles Medium ausbreitet, d. h. mechanische Wellen sind Wellen, die sich durch ein materielles Medium ausbreiten.

Mechanische Wellen verursachen daher eine vorübergehende Störung des Mediums, in dem sie sich ausbreiten, ohne dass es transportiert wird.

Eine Schallwelle ist beispielsweise eine mechanische Welle. Schallwellen breiten sich durch die Luft aus. Wenn sie durch ein materielles Medium schwingen, handelt es sich daher um eine mechanische Welle.

Eine der Haupteigenschaften mechanischer Wellen ist, dass sie Energie transportieren. Tatsächlich kann die Energie einer mechanischen Welle katastrophal sein, wie es bei seismischen Wellen der Fall ist.

In der Physik werden mechanische Wellen auch materielle Wellen genannt, da sie zur Ausbreitung ein materielles Medium benötigen.

Beispiele für mechanische Wellen

Nachdem wir die Definition einer mechanischen Welle kennengelernt haben, werden wir uns nun einige Beispiele dieser Art von Welle ansehen, um das Konzept vollständig zu verstehen.

Beispiele für mechanische Wellen:

Schallwellen sind mechanische Wellen.
Eine seismische Welle ist auch eine mechanische Welle.
Oberflächenwellen, die durch den Aufprall eines Objekts auf der Wasseroberfläche erzeugt werden, sind mechanisch.
Die Wellen, die sich durch eine Feder ausbreiten, sind mechanische Wellen.

Eigenschaften einer mechanischen Welle

Mechanische Wellen haben die folgenden Eigenschaften oder Teile:

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.

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

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

$v=\cfrac{\lambda}{T}=\lambda\cdot f$

Eigenschaften einer mechanischen Welle, Teile einer mechanischen Welle

Formel einer mechanischen Welle

Die mathematische Funktion, die es ermöglicht, die Bewegung einer mechanischen Welle zu beschreiben, ist immer die folgende:

$y=f(x\pm v\cdot t)$

Gold:

$y$

ist die Ausdehnung der Welle.
$x$

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

ist die Geschwindigkeit der Wellenausbreitung.
$t$

ist der Moment der Zeit.

Das Vorzeichen vor der Ausbreitungsgeschwindigkeit gibt an, ob sich die mechanische Welle nach rechts (negatives Vorzeichen) oder nach links (positives Vorzeichen) bewegt.

Wenn die mechanische Welle eine harmonische Welle ist, lautet die Gleichung der mechanischen Welle y(x,t) = A·sin(k·x ± ω·t + φ ₀ ). Mit dieser Formel wird die Ausdehnung eines Punktes auf der mechanischen Welle an einer bestimmten Position 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 mechanischen Welle.
$x$

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

ist die Wellenzahl, die durch den folgenden Ausdruck berechnet wird:

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

ist die Winkel- oder Pulsationsfrequenz.
$t$

ist der Moment der Zeit.
$\phi_0$

ist die Anfangsphase der Welle.

Arten mechanischer Wellen

Die Arten mechanischer Wellen sind:

Longitudinalwelle : Art mechanischer Welle, die in der gleichen Richtung der Wellenausbreitung schwingt.
Transversalwelle : Art mechanischer Welle, die senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung schwingt.

Längswelle

Eine Longitudinalwelle ist eine mechanische Welle, bei der die oszillierende Bewegung von Teilchen im Medium in der gleichen Richtung wie die Wellenausbreitung erfolgt. Das heißt, die Spitzen einer Longitudinalwelle schwingen longitudinal.

Schallwellen sind beispielsweise Longitudinalwellen, da bei dieser Art von Wellen die Bewegung ihrer Spitzen parallel zur Ausbreitung der Welle erfolgt.

➤ Siehe: Eigenschaften einer Longitudinalwelle

Transversalwelle

Eine Transversalwelle ist eine mechanische Welle, deren Schwingungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle verlaufen. Das heißt, die Punkte einer Transversalwelle bewegen sich quer zur Ausbreitungsrichtung der Welle.

Beispielsweise ist eine an einem Ende befestigte Saite, die schwingt, eine Transversalwelle. Wenn wir das Ende eines Seils fixieren und dessen anderes Ende vertikal bewegen, entstehen Schwingungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle am Seil, es handelt sich also um eine Transversalwelle.

➤ Siehe: Eigenschaften einer Transversalwelle

Ausbreitungsgeschwindigkeit einer mechanischen Welle

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich die mechanische Welle im Medium ausbreitet. Im Allgemeinen wird die Geschwindigkeit einer mechanischen Welle mithilfe einer Formel berechnet, die die folgende Form hat:

$\displaystyle v=\sqrt{\frac{\text{propriété élastique}}{\text{propriété inertielle}}}$

Unten sehen Sie die Formel, mit der die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer mechanischen Welle in einigen Spezialfällen der Physik berechnet wird.

Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Transversalwelle auf einer Saite

$\displaystyle v=\sqrt{\frac{T}{\mu}}$

Gold:

$T$

ist die Spannung der Saite.
$\mu$

ist die lineare Massendichte der Saite.

Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Longitudinalwelle in einem Festkörper

$\displaystyle v=\sqrt{\frac{E}{\rho}}$

Gold:

$E$

ist der Elastizitätsmodul des Festkörpers.
$\rho$

ist die Dichte des Feststoffs.

Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Longitudinalwelle in einem Gas (Schall)

$\displaystyle v=\sqrt{\frac{\gamma \cdot R\cdot T}{M}}$

Gold:

$\gamma$

ist der adiabatische Koeffizient des Gases (im Fall von Luft).

$\gamma=1,4$

).
$T$

ist die Gastemperatur, ausgedrückt in Kelvin.
$R$

ist das ideale konstante Gas,

$\displaystyle R=8.31 \ \frac{J}{mol\cdot K}$

.
$M$

ist die Molekülmasse des Gases.