Mechanische Wellen | STARK erklärt
STARK Verlag
https://www.youtube.com/watch?v=6jNIZjjoVds

Transkript (automatisch erstellt)

0:00 Protestwellen bei unbeliebten politischen Entscheidungen? Hast du schon einmal davon gehört. Wellen im Verlauf einer Pandemie? Sind mittlerweile Grundwissen. Wellen am Meer?
0:13 Hast du wahrscheinlich selbst schon einmal gesehen. Aber was meint man denn, wenn man in Physik von Wellen spricht?
0:21 Das erfährst du in diesem Video. Wasserwellen, die entstehen, wenn ein Tropfen auf eine Wasseroberfläche trifft, sind ein
0:39 Beispiel für Wellen im physikalischen Sinne. Denn allgemein gilt: Unter einer Welle versteht man die räumliche Ausbreitung einer Schwingung.
0:48 Ok, wahrscheinlich hilft dir das momentan nicht viel weiter, da es ziemlich abstrakt ist. Deshalb schauen wir uns zum besseren Verständnis
0:57 jetzt erstmal eine Simulation an. Wenn man diesen Wasserhahn hier aufdreht, dann fallen Tropfen auf eine Wasseroberfläche.
1:07 Es breiten sich Wasserwellen aus. Die Wellen werden durch die Tropfen, eine äußere Störung, ausgelöst. Die hellen Bereiche sind die sogenannten Wellenberge
1:19 und die dunklen Bereiche die sogenannten Wellentäler. Auf der rechten Seite gibt es zwei Parameter, die man verändern kann. Verringert man die Amplitude, dann nimmt der
1:30 Kontrast ab, das heißt Wellenberge und Wellentäler werden kleiner. Der Tropfen fällt zu Beginn also weniger tief ins Wasser. Erhöht man die Frequenz, dann folgen Wellenberge
1:43 und Täler dichter aufeinander, weil sich die Tropfgeschwindigkeit erhöht. Die Begriffe Frequenz und Amplitude kennst du wahrscheinlich noch von Schwingungen.
1:57 Aber was haben Schwingungen jetzt genau mit Wellen zu tun? Dazu verwenden wir ein Messgerät, das die Wasserhöhe an einem bestimmten Ort gegenüber
2:04 der Zeit misst. Wir wählen einen Wellenberg kurz nach der Störung und ein Wellental am Rand. Die aufgezeichneten Verläufe erinnern stark
2:15 an den Graphen einer harmonischen Schwingung. Da die Abstände zwischen Minima und Maxima für beide Graphen gleich sind, haben beide Schwingungen offensichtlich die gleiche Frequenz.
2:27 Das Maximum der einen Schwingung liegt genau im Minimum der anderen. Das liegt daran, dass einmal in einem Wellenberg und das andere Mal in einem Wellental gestartet wurde.
2:40 Offensichtlich ist der Wellenberg zu Beginn größer als am Rand, da die Amplituden der Schwingungen unterschiedlich hoch sind. Verringert man die Amplitude, dann verändern
2:51 sich die Amplituden beider Schwingungen auf gleiche Weise, das heißt sie sind nicht unabhängig voneinander, sondern beeinflussen sich. In der Physik spricht man von einer Kopplung.
3:03 Die Störung zu Beginn kann sich durch die gekoppelten Wasserteilchen entsprechend fortpflanzen. Man sieht auch, dass die maximale Wasserhöhe an den Messstellen im zeitlichen Verlauf für
3:15 eine vorgegebene Amplitude immer gleich bleibt. Es wird also kein Wasser seitlich weggeschoben. Man sagt auch: Es findet kein Materietransport, sondern nur ein Energietransport statt.
3:30 Ok, dass Wellen etwas mit Schwingungen zu tun haben, hast du jetzt so grob verstanden, aber wie war das mit der räumlichen Ausbreitung? Dazu schaut man sich am besten eine Schwingung,
3:43 das heißt einen einzigen Tropfen und den zeitlichen Verlauf, an. Während man auf der Wasseroberfläche beobachtet, wie sich die Welle im Raum bewegt, sieht man
3:52 auf dem Messgerät eine Schwingung und dann zu einem späteren Zeitpunkt nochmals eine Schwingung. Eben wenn diese sich zwischen den beiden Messpunkten im Raum bewegt hat.
4:05 Die Ausbreitungsgeschwindigkeit c einer Welle lässt sich mithilfe der Frequenz und Wellenlänge berechnen. c ist gleich f mal lambda.
4:17 Puh, das waren eine ganze Menge Infos. Deshalb gibt es jetzt nochmal eine Zusammenfassung mit den wichtigsten Erkenntnissen.
4:27 Unter einer Welle versteht man die räumliche Ausbreitung einer Schwingung, die sich mathematisch durch eine erweiterte Schwingungsgleichung beschreiben lässt.
4:36 Sie entsteht durch eine äußere Störung, die sich über gekoppelte schwingungsfähige Teilchen fortpflanzen kann. Dabei findet nur ein Energie-, jedoch kein
4:46 Materietransport statt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen berechnet sich aus dem Produkt von Wellenlänge und Frequenz.