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Grundwissen

Reflexion

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Bei der Reflexion einer Welle muss man unterscheiden, ob die Welle an einem festen oder an einem losen Ende des Wellenträgers reflektiert wird.
  • Bei der Reflexion einer Welle am festen Ende des Wellenträgers tritt ein Phasensprung auf - aus einem Wellenberg wird ein Wellental und aus einem Wellental ein Wellenberg.
  • Bei der Reflexion einer Welle am losen Ende des Wellenträgers tritt kein Phasensprung auf - ein Wellenberg bleibt ein Wellenberg und ein Wellental ein Wellental.

In diesem Artikel betrachten wir Wellenträger, auf denen sich eine eine Welle in einer Dimension ausbreiten kann. Alle gemachten Aussagen gelten aber sinngemäß auch für Wellen, die sich in zwei oder drei Dimensionen ausbreiten.

Wenn sich eine Welle auf einem eindimensionalen Wellenträger bewegt und sie auf das Ende des Wellenträgers trifft, dann wird sie reflektiert, d.h. sie kehrt ihre Ausbreitungsrichtung um. Mit diesem Effekt, der Reflexion von Wellen werden wir uns in diesem Artikel beschäftigen.

Hinweis: Auch wenn sich eine Welle auf einem eindimensionalen Wellenträger bewegt und sie auf eine Stelle des Wellenträgers trifft, an dem sich ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit im Wellenträger ändert, bewegt sich die Welle in der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung weiter. Zusätzlich wird ebenfalls eine Welle reflektiert. Mit diesem Effekt, der Reflexion und Transmission, werden wir uns im nächsten Artikel beschäftigen.

Reflexion am festen Ende eines Wellenträgers

           

 

Abb. 1 Reflexion einer Störung am festen Ende eines Wellenträgers

Wenn du die Animation in Abb. 1 startest, dann bewegt sich auf einem Seil eine Welle in Form eines Wellenbergs von links nach rechts. Das Ende des Seils ist befestigt, so dass sich dort das Seil nicht aus der Gleichgewichtslage bewegen kann. Wir sprechen in diesem Fall von einem festen Ende.

Die Welle wird nun an diesem Ende reflektiert. Erstaunlicherweise bewegt sich die Welle nun aber in Form eines Wellentals nach links. Ein Wellenberg wird also als Wellental reflektiert (und ein Wellental als Wellenberg). Diese Veränderung bezeichnen wir in der Physik als Phasensprung der Größe \(\pi\). Der genauere Grund für den Wert \(\pi\) erschließt sich durch die mathematische Beschreibung von Wellen.

Diesen Versuch kannst du mit jedem elastischen Seil nachmachen, wenn du das Seil an einem Ende festbindest und am anderen Ende mit der Hand eine Welle erregst.

Reflexion am festen Ende eines Wellenträgers

Wenn sich eine Welle in einem Wellenträger ausbreitet und auf ein festes Ende des Wellenträgers trifft, dann wir sie dort reflektiert.

Dabei wird ein Wellenberg als ein Wellental und ein Wellental als ein Wellenberg reflektiert.

Dies bezeichnet man als Phasensprung, der - wie wir später noch sehen werden - eine Größe von \(\pi\) hat.

Reflexion am losen Ende eines Wellenträgers

           

 

Abb. 2 Reflexion einer Störung am losen Ende eines Wellenträgers

Wenn du die Animation in Abb. 2 startest, dann bewegt sich auf einem Seil eine Welle in Form eines Wellenbergs von links nach rechts. Das Ende des Seils ist frei, so dass sich dort das Seil aus der Gleichgewichtslage bewegen kann. Wir sprechen in diesem Fall von einem losen Ende.

Die Welle wird nun an diesem Ende nun reflektiert. Nach der Reflexion bewegt sich die Welle in Form eines Wellenbergs nach links. Ein Wellenberg wird also als Wellenberg reflektiert (und ein Wellental als Wellental). Es tritt kein Phasensprung auf.

Auch diesen Versuch kannst du mit jedem elastischen Seil nachvollziehen, wenn du das Seil von einem hohen Punkt frei nach unten hängen lässt und oben mit der Hand eine Störung erzeugst.

Reflexion am losen Ende eines Wellenträgers

Wenn sich eine Welle in einem Wellenträger ausbreitet und auf ein loses Ende des Wellenträgers trifft, dann wir sie dort reflektiert.

Dabei wird ein Wellenberg als ein Wellenberg und ein Wellental als ein Wellental reflektiert.

Es tritt kein Phasensprung auf.