Schwingungen und Wellen Flashcards
Definiere Schwingung
Eine Schwingung ist eine periodische Bewegung eines Körpers oder eines Systems um eine Gleichgewichtslage. Dabei wiederholt sich die Bewegung in regelmäßigen Zeitabständen.
Was sind die wichtigsten Kenngrößen einer Schwingung?
- Amplitude A => maximale Auslenkung von der Ruhelage
- Frequenz f => Anzahl der Schwingungen pro Sekunde (Hertz)
- Periodendauer => Zeit für eine vollständige Schwingung
- Eigenfrequenz => Frequenz, mit der ein System von selbst schwingt
Dämpfung =>Dämpfung bezeichnet den Energieverlust einer Schwingung über die Zeit, wodurch die Amplitude allmählich abnimmt. Dies geschieht durch Reibung, Luftwiderstand oder innere Verluste im Material
Wovon hängt die Schwingungsdauer eines Pendels ab?
Die Schwingungsdauer eines Pendels ist abhängig von der Pendellänge und der Erdbeschleunigung! (nicht von der Masse)
Erkläre Resonanz
Resonanz tritt auf, wenn ein schwingungsfähiges System durch eine äußere Kraft mit seiner Eigenfrequenz angeregt wird, die Energie summiert sich in jeder Schwingung, sodass die Amplitude der Schwingung stark zunimmt.
Resonanz kann gefährlich werden bei z.B. Brücken durch marschierende Soldaten oder Wind.
In realen Systemen begrenzen Reibung und Dämpfung das Wachstum der Schwingung.
Anwendung: MRT, Radio(Fernsehen über den elektrischen Schwingkreis)
Definiere Welle
Die Welle ist eine sich räumlich ausbreitende Schwingung.
Bei der Welle bleibt im Mittel der Ort des schwingenden Objekts gleich, was sich fortbewegt ist die Energie, die in der Schwingung steckt.
Was sind die grundlegenden Wellengrößen?
- Frequenz => Anzahl der Wellenberge, die pro Zeiteinheit einen Punkt passieren
- Periodendauer => Zeit zwischen zwei Wellenbergen
- Amplitude => Höhe der Wellenberge
- Ausbreitungsgeschwindigkeit
In welche 2 grundlegenden Arten von Wellen wird unterschieden?
- Longitudinalwellen => schwingen in Richtung der Ausbreitung (Bsp.: Schall in Wasser oder Luft)
- Transversalwellen => schwingen senkrecht zur Ausbreitung (Bsp.: Licht)
Durch Dreidimensionalität der Transversalwellen gibt es verschiedene Möglichkeiten der Wellenebene - die Polarisation.
Erkläre die Schwebung von Wellen
Bei einer Schwebung überlagern sich zwei Wellen mit leicht unterschiedlicher Frequenz, wodurch eine periodische Verstärkung und Abschwächung der resultierenden Welle entsteht.
Wie lässt sich die Schallwelle beschreiben?
- Schall ist eine Longitudinale Welle.
- Luftteilchen werden aneinander gestoßen, sie bewegen sich im Mittel nicht vom Ort, sondern geben nur die Schallenergie weiter
- Schall hat keine Polarisation
- Kenngröße Amplitude entspricht Lautstärke
- Kenngröße Frequenz entspricht Tonhöhe
Erkläre den Doppler-Effekt
Der Doppler-Effekt beschreibt die Änderung der Frequenz einer Welle, wenn sich die Quelle oder der Beobachter bewegt.
=>Annäherung: Die Wellenfronten werden „gestaucht“, d. h. die Wellenlänge wird kürzer, die Frequenz steigt → höherer Ton oder blaue Lichtverschiebung.
=>Entfernung: Die Wellenfronten werden „gedehnt“, d. h. die Wellenlänge wird länger, die Frequenz sinkt → tieferer Ton oder rote Lichtverschiebung.
Wann entsteht Überschall?
Überschall entsteht, wenn ein Objekt schneller als die Schallgeschwindigkeit fliegt. Die Schallwellen können sich nicht mehr vor dem Flugzeug ausbreiten und „stauen“ sich zu einer Stoßwelle.
Erkläre Polarisation von Wellen
Die Polarisation einer Welle beschreibt die Richtung der Schwingung der Wellenvektoren relativ zur Ausbreitungsrichtung. Sie tritt bei transversalen Wellen auf, wie Licht- oder elektromagnetischen Wellen.
Beispiel: Sonnenlicht ist unpolarisiert, aber eine Polarisationsbrille filtert bestimmte Schwingungsrichtungen heraus und reduziert Reflexionen.
