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Grundwissen

Transmission und Reflexion

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Beim Übergang einer Welle vom dünneren zum dichteren Medium läuft die ursprüngliche Welle mit kleinerer Amplitude und kleinerer Wellenlänge weiter. Zusätzlich läuft eine zweite Welle entgegen der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung mit kleinerer Amplitude, aber gleicher Wellenlänge zurück. Dabei wird ein Wellenberg zu einem Wellental und ein Wellental zu einem Wellenberg (Reflexion am festen Ende, Phasensprung von \(\pi\)).
  • Beim Übergang einer Welle vom dichteren zum dünneren Medium  läuft die ursprüngliche Welle mit veränderter Amplitude und größerer Wellenlänge weiter. Zusätzlich läuft eine zweite Welle entgegen der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung mit kleinerer Amplitude, aber gleicher Wellenlänge zurück. Dabei bleibt ein Wellenberg ein Wellenberg und ein  Wellental ein Wellental (Reflexion am losen Ende, kein Phasensprung).

In diesem Artikel betrachten wir Wellenträger, auf denen sich 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 wie z.B. einem Seil bewegt und sie auf eine Stelle des Wellenträgers trifft, an dem sich ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit im Wellenträger ändert, bewegt sich die Welle verändert in der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung weiter. Außerdem läuft eine zweite Welle in entgegengesetzter Ausbreitungsrichtung zurück. Mit diesem Effekt, der Transmission und Reflexion, werden wir uns in diesem Artikel beschäftigen.

Transmission und Reflexion beim Übergang vom dünneren zum dichteren Medium

           

 

Abb. 1 Transmission und Reflexion einer Seilwelle beim Übergang vom dünneren (dünnes Seil) zum dichteren Medium (dickes Seil)

Wenn du die Animation in Abb. 1 startest, dann bewegt sich auf einem Seil eine Welle in Form eines Wellenbergs von links nach rechts. In der Mitte des Seils ändert sich dessen Beschaffenheit Links von der Mitte ist das Seil dünner, so dass sich die Welle dort mit einer größeren Ausbreitungsgeschwindigkeit ausbreitet (dünneres Medium). Rechts von der Mitte ist das Seil dicker, so dass sich die Welle dort mit einer kleineren Ausbreitungsgeschwindigkeit ausbreitet (dichteres Medium).

Wenn die Welle auf diese Stelle trifft, dann bewegt sich die Welle verändert in der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung weiter. Wir bezeichnen diesen Effekt als Transmission. Du kannst folgendes beobachten:

  • Die weiterlaufende Welle hat ebenfalls die Form eines Wellenbergs.
  • Ihre Amplitude ist etwas kleiner als die der ursprünglichen Welle.
  • Ihre Wellenlänge ist kleiner als die der ursprünglichen Welle. Grund dafür ist die kleinere Ausbreitungsgeschwindigkeit.

Gleichzeitig bewegt sich auch eine zweite Welle in der entgegengesetzten Ausbreitungsrichtung zurück. Diesen Effekt haben wir bereits als Reflexion kennengelernt. Du kannst folgendes beobachten:

  • Die zurücklaufende Welle hat die Form eines Wellentals. Dies erinnert an eine Reflexion am festen Ende.
  • Ihre Amplitude ist etwas kleiner als die der ursprünglichen Welle.
  • Ihre Wellenlänge ist genau so groß wie bei der ursprünglichen Welle.
Transmission und Reflexion beim Übergang vom dünneren zum dichteren Medium

Wenn sich eine Welle in einem Wellenträger ausbreitet und auf einen Übergang von einem dünneren zu einem dichteren Medium trifft, dann ...

  • läuft die ursprüngliche Welle mit kleinerer Amplitude und kleinerer Wellenlänge weiter (Transmission). Dabei bleibt ein Wellenberg ein Wellenberg und ein Wellental ein Wellental.
  • läuft eine zweite Welle entgegen der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung mit kleinerer Amplitude, aber gleicher Wellenlänge zurück. Dabei wird ein Wellenberg zu einem Wellental und ein Wellental zu einem Wellenberg (Reflexion am festen Ende, Phasensprung von \(\pi\)).

 

Transmission und Reflexion beim Übergang vom dichteren zum dünneren Medium

           

 

Abb. 2 Transmission und Reflexion einer Seilwelle beim Übergang vom dichteren (dickes Seil) zum dünneren Medium (dünnes Seil)

Wenn du die Animation in Abb. 2 startest, dann bewegt sich auf einem Seil eine Welle in Form eines Wellenbergs von links nach rechts. In der Mitte des Seils ändert sich dessen Beschaffenheit: Links von der Mitte ist das Seil dicker, so dass sich die Welle dort mit einer kleineren Ausbreitungsgeschwindigkeit ausbreitet (dichteres Medium). Rechts von der Mitte ist das Seil dünner, so dass sich die Welle dort mit einer größeren Ausbreitungsgeschwindigkeit ausbreitet (dünneres Medium).

Wenn die Welle auf diese Stelle trifft, dann bewegt sich die Welle verändert in der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung weiter. Wir bezeichnen diesen Effekt als Transmission. Du kannst folgendes beobachten:

  • Die weiterlaufende Welle hat ebenfalls die Form eines Wellenbergs.
  • Ihre Amplitude ist etwas größer als die der ursprünglichen Welle. Das muss aber nicht unbedingt so sein.
  • Ihre Wellenlänge ist größer als die der ursprünglichen Welle. Grund dafür ist die größere Ausbreitungsgeschwindigkeit.

Gleichzeitig bewegt sich auch eine zweite Welle in der entgegengesetzten Ausbreitungsrichtung zurück. Diesen Effekt haben wir bereits als Reflexion kennengelernt. Du kannst folgendes beobachten:

  • Die zurücklaufende Welle hat ebenfalls die Form eines Wellenbergs. Dies erinnert an eine Reflexion am losen Ende.
  • Ihre Amplitude ist etwas kleiner als die der ursprünglichen Welle.
  • Ihre Wellenlänge ist genau so groß wie bei der ursprünglichen Welle.
Transmission und Reflexion beim Übergang vom dichteren zum dünneren Medium

Wenn sich eine Welle in einem Wellenträger ausbreitet und auf einen Übergang von einem dichteren zu einem dünneren Medium trifft, dann ...

  • läuft die ursprüngliche Welle mit veränderter Amplitude und größerer Wellenlänge weiter (Transmission). Dabei bleibt ein Wellenberg ein Wellenberg und ein Wellental ein Wellental.
  • läuft eine zweite Welle entgegen der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung mit kleinerer Amplitude zurück. Dabei bleibt ein Wellenberg ein Wellenberg und ein Wellental ein Wellental (Reflexion am losen Ende, kein Phasensprung).