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Physik > Wellen und Schwingungen > Flashcards

Wellen und Schwingungen Flashcards

1
Q

Was ist eine Schwingung?

A

zeitliche, periodische Bewegung um eine Gleichgewichtslage

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2
Q

Was sind Oszillatoren?

A

schwingungsfähige Teilchen

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3
Q

Formel der ungedämpften harmonischen Schwingung:

und in welchem Bereich dürfen die Sinuswerte sein?

A

x(t) = x0 * sin(wt+phi0)

Sinuswert zwischen -1 und 1

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4
Q

Was bedeuten die Variablen in der Formel?

harmonische Schwingung

A 
x0 = Amplitude (1. Auslenkung zum Zeitpunkt 0)
w = Winkelgeschwindigkeit / Kreisfrequenz der Schwingung
phi0 = Nullphasenwinkel, Winkel beim Start der Schwingung
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5
Q

Formel der Winkelgeschwindigkeit:

A

w = 2pi * f

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6
Q

Womit kann die harmonische Schwingung beschrieben werden?

A

mit der Sinusfunktion

insbesondere, wenn Rücktriebskraft proportional zur Auslenkung ist

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7
Q

Was sind ungedämpfte Schwingungen?

A

keine Reibung vorhanden
Eges = konstant
Amplitude bleibt immer gleich

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8
Q

Was passiert bei gedämpften Schwingungen?

A

kinetische Energie über Reibung in Wärme umgewandelt;

Amplitude sinkt bis Schwingung aufhört

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9
Q

Wie heißen Schwingungen, die nicht von außen beeinflusst werden?

A

freie Schwingungen

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10
Q

Erzwungene Schwingung:

A

Anregung einer Schwingung einmalig,

aber wiederholend

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11
Q

Anregung periodisch

A

System in erzwungener Schwingung

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12
Q

Anregung zufällig

A

Schwingung auch zufällig;

analytisch nicht beschreibbar

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13
Q

Was hat jedes schwingungsfähige System?

A

eine gewisse Eigenfrequenz

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14
Q

erregende Frequenz = Eigenfrequenz

A

Schwingungen werden immer stärker und die Amplitude höher

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15
Q

Wann wird ein System resonant zur Erregerfrequenz?

A

Dämpfung gleich viel Energie abführt, wie durch Anregung zugeführt wird

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16
Q

Resonanzkatastrophe:

A

System resonant zur Erregerfrequenz;
schwache Dämpfung schaukelt System weiter auf
-> Brücken brechen zusammen; Gläser zerspringen

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17
Q

erregende Frequenz ≠ Eigenfrequenz

A

geht in von außen erzwungene Schwingung über;

wirkt chaotisch

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18
Q

Was ist die Schwebung?

A

Schwingungen schaukeln sich auf, Phasenverschiebung passt nicht mehr;
Schwingungen schaukeln sich ab, dann wieder auf

Ton -> lauter und leiser

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19
Q

Was sind Wellen?

A

zeitlich und räumlich periodische Änderungen von physikalische Größen

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20
Q

mechanische Wellen =

A

Schall, Erdbeben

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21
Q

elektromagnetische Wellen =

A

Licht, Röntgenstrahlung

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22
Q

Voraussetzungen für Wellen:

A

viele gekoppelte Oszillatoren;

Energie wird zwischen Oszillatoren übertragen

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23
Q

harmonische Wellen:

A

Oszillatoren gleichartig;

Anregung aus harmonischen Schwingungen

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24
Q

harmonische Wellengleichung:

A

y(x,t) = A * e^i(kx-wt)

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25
Q

Welche Arten von Wellen gibt es?

A

Longitudinalwellen;

Transversalwellen

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26
Q

Longitudinalwellen:

A

Schwingung (=Amplitude; A) und Ausbreitung (Wellenvektor = k) zeigen in gleiche Richtung
-> parallel zu k

Druckwellen -> können sich durch jedes Material ausbreiten

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27
Q

Transversalwellen:

A

A orthogonal auf k

Oszillatoren müssen gekoppelt sein
Wasserwellen, Erdbebenwellen
-> nicht durch Luft ausbreiten

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28
Q

Lichtwellen:

A

überall ausbreiten, elektromagnetische Feld nicht gestört;

Vakuum -> Schall nicht ausbreiten

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29
Q

in welche Raumrichtung können sich Wellen ausbreiten:

A

> linear = 1D (Seil)
eben Wellen = 2D (Wasserwellen)
räumliche Wellen = 3D (Schall)

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30
Q

Was sind mechanische Wellen?

A

Schall, Wasserwellen, Seilwellen, Erdbeben

31
Q

Was sind Schallwellen?

A

Wellen, die in einem Medium (Luft) fortschreitende mechanische Deformationen hervorrufen

32
Q

Wo kann Schall nicht entstehen?

A

im Vakuum

33
Q

Wie hören wir?

A

Druck- und Dichteschwankungen werden unter anderem über Ausrenkung sensibler Härchen im Ohr an Gehirn weitergeleitet und als Klang interpretiert

34
Q

In welchem Bereich (Schallfrequenz) hört der Mensch?

A

16 bis 20 000 Herz

35
Q

Wie lange sind hörbare Schallwellenlängen?

A

einige Meter bis wenige Zentimeter

36
Q

Was ist der Schalldruck?

A

Amplitude der Welle = Lautstärke

37
Q

In was wird der Schalldruck gemessen?

A

in Dezibel (dB)

38
Q

Wie hoch ist die Schmerzwelle beim Menschen?

A

130 dB

39
Q

Was für Wellen sind Schallwellen?

Und was kann mit diesen Wellen passieren?

A

Longitudinalwellen

gebrochen, gebeugt und reflektiert

40
Q

Reflexion von Schallwellen:

A

Hall im Raum

41
Q

Brechung von Schallwellen:

A

keine große Auswirkung;

Schallwellen ohnehin als Kugelwelle ausbreitet

42
Q

Beugung von Schallwellen:

A

wichtig und stark;

Leute um die Ecken hören

43
Q

(Schallwellen) Interferenz vieler Grundwellen:

A

verschiedene Klänge entstehen

44
Q

Geschwindigkeit von Schallwellen:

A

vom Medium abhängig;

trockene Luft 20°C = 343 m/s

45
Q

Was sind Wasserwellen?

A

auf Wasseroberfläche breiten sich Transversalwellen aus;
auf und ab, Welle breitet sich nach vorne/hinten aus
= orthogonal auf Schwingrichtung

46
Q

Was ist ein Erdbeben?

A

viele unterschiedliche Wellenarten;

üblicherweise > zuerst Longitudinalwellen, dann Transversalwellen (mehr zerstörungskraft)

47
Q

Was sind elektromagnetische Wellen?

A

sie werden nach Frequenz geordnet und somit entsteht ein Spektrum

48
Q

Mit welcher Geschwindigkeit breiten sich elektromagnetische Wellen aus?

A

immer mit Lichtgeschwindigkeit

= 299 792 458 m / s

49
Q

In welchem Bereich befindet sich sichtbares Licht?

A

400 - 700 nm

50
Q

Welche werte haben die verschiedenen Farben?

A

450 - blau
550 - grün
600 - gelb
650 - rot

51
Q

Formel von Lichtgeschwindigkeit:

A

c = lambda * f

52
Q

Wofür stehen c, Lambda und f?

A 
c = Lichtgeschwindigkeit
Lambda = Wellenlänge
f = Frequenz
53
Q

Was sagt die Maxwellsche Gleichung aus?

A

ein sich zeitlich änderndes elektrisches Feld erzeugt ein magnetische Feld und umgekehrt;
diese können auch ohne Träger bestehen (im Vakuum)

54
Q

Polarisation von Wellen:

A

alle Transversalwellen können Polarisationsrichtungen haben;

bei elektromagnetischen Wellen wichtiger

55
Q

Was ist die Polarisationsrichtung?

A

Winkel der Schwingrichtung = Polarisationsrichtung

56
Q

Was sind die meisten Lichtquellen?

A

Gemisch aus allen Polarisationsrichtungen

57
Q

Was ist das Huygensche Prinzip?

A

Jeder Punkt, der von einer Wellenfront getroffen wird, wird selbst zum Ausgangspunkt einer kugelförmigen Elementarwelle;
Elementarwellen überlagern sich, bilden fortschreitende Wellenfront

58
Q

Reflexion von Wellen:

A

Wellenfront auf Grenzfläche → wird reflektiert
schief auf Grenzfläche → löst in Grenzfläche früher Elemntarwellen aus, weil sie nicht gleichzeitig ankommen;
Überlagerung alle Elementarwellen → ebene Wellenfront, reflektiert von Grenzfläche weg
Einfallswinkel = Ausfallswinkel

59
Q

Brechung von Wellen:

A

Wellenfront auf verschiedene Medien → Wellen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ausgebreitet
führt zu Überlagerung → Knick beim Eintritt ins andere Medium
relativen Geschwindigkeitsveränderungen = Brechungsindex n

60
Q

Snelliussche Brechungsgesetz:

A

n1 * (sin(a1)) = n2 * (sin(a2))

61
Q

Beugung von Wellen:

A

Wellenfront auf Grenzfläche → nur in sehr kleinem Bereich durchqueren,
Rest absorbiert od. Reflektiert
breiten sich kugelförmig aus

62
Q

Was ist die Interferenz von Wellen?

A

Überlagerung von Wellen
2 Wellen treffen aufeinander → Amplituden addieren sich
→ ursprüngliche Wellen normal weiter

63
Q

Was passiert wenn 2 Wellenberge aufeinander treffen?

A

= positive/konstruktive Interferenz;

Resultierender Wellenberg höher

64
Q

Wellenberg und Wellental treffen aufeinander?

A

= negative/destruktive Interferenz;
Resultierender Wellenberg niedriger
Extremfall → verschwinden ganz

65
Q

Wellen mit fast gleicher Frequenz:

A

gleich addieren positiv oder negativ

66
Q

Wellen mit stark unterschiedlichen Frequenzen:

A

einmal positiv und einmal negative Interferenz (abwechselnd)

67
Q

Was sind stehende Wellen?

A

Welle trifft gerade auf Grenzfläche & reflektiert
→ interferiert mit sich selbst
→ Maxima und Minima an gleichen Stellen = Welle „steht“
Abstand zw. 2 Konten = Hälfte der Wellenlänge

68
Q

Federpendel:

A

masselose Feder & daran befestigte Masse;
Gewichtslage = Ruhelage
schwingt zwischen 2 Maximalzuständen

Epot + Ekin = konstant (keine Reibung vorhanden)

69
Q

Was ist die rücktreibende Kraft bei der Federpendel?

A

Federkraft F = D * y

D … Federkonstante
y … Vertikale Auslenkung

70
Q

Schnellster Punkt bei der Federpendel:

A

maximale kinetische Energie:

Ekin = m * v^2/2

71
Q

Stillstand bei der Federpendel:

A

maximale potentielle Energie:

Epot = D * y^2/2

72
Q

Fadenpendel:

A

Faden + daran befestigte Masse

Gewichtslage = Ruhelage / Ruheposition

schwingt zwischen maximaler kinetische Energie &
maximaler potentiellen Energie
Masse schwingt horizontal
Gewichtskraft Fg

73
Q

Rücktreibende Kraft beim Fadenpendel?

A

tangentiale Anteil;

direkt proportional zur Auslenkung angenommen

Physik (3 decks)

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