Direkt zum Inhalt

Grundwissen

Wellentypen

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Wir unterteilen Wellen nach der Richtung, in der sich die Teilchen im Medium bewegen, in Transversalwellen, Longitudinalwellen und Wasserwellen.
  • Wir unterteilen Wellen nach der Art, wie sie sich im Raum ausbreiten, in Kreis- bzw. Kugelwellen und ebene Wellen.

Transversal oder Querwellen

Abb. 1 Transversal- oder Querwelle

Bei einer Transversal- oder Querwelle schwingen die Teilchen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.

Die Animation in Abb. 1 zeigt eine Anordnung von elastisch gekoppelten Körpern, in der sich eine (ebene) Transversalwelle nach rechts ausbreitet; die einzelnen Teilchen bewegen sich nach oben und unten, also senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.

Longitudinal- oder Längswellen

Abb. 2 Longitudinal- oder Längswelle

Bei einer Longitudinal- oder Längswelle schwingen die Teilchen parallel zur Ausbreitungsrichtung.

Die Animation in Abb. 2 zeigt eine Anordnung von elastisch gekoppelten Körpern, in der sich eine (ebene) Longitudinalwelle nach rechts ausbreitet; die einzelnen Teilchen bewegen sich nach rechts und links, also parallel zur Ausbreitungsrichtung.

Wasserwellen

Abb. 3 Wasserwelle

Spricht man von Wellen, so denken die meisten Menschen an Wellen die sich an der Wasseroberfläche ausbreiten. Auf den ersten Blick könnte man meinen, dass Wasserwellen sich wie die oben beschriebenen Querwellen verhalten. Das ist aber nicht so! Tatsächlich bewegen sich die Teilchen in Wasserwellen fast so wie die Animation in Abb. 3 zeigt.

Die Wasserteilchen am Boden bewegen sich fast gar nicht. Je näher sich die Wasserteilchen an der Wasseroberfläche befinden, desto stärker bewegen sie sich, und zwar in der Animation jeweils auf Kreisbahnen mit festen Mittelpunkten. Die Animation in Abb. 4 verdeutlicht diese Kreisbewegung noch deutlicher.

In Wirklichkeit bewegen sich nicht nur die Wasserteilchen um diese Mittelpunkte: Die Mittelpunkte der Kreisbahnen bewegen sich zusätzlich noch langsam in die Richtung der Ausbreitung der Welle, hier also nach rechts, und mit ihnen auch die kreisenden Wasserteilchen. Im Gegensatz zu Längs- und Querwellen sind also die Wasserteilchen an der Oberfläche nicht "ortsfest", sondern bewegen sich in die Ausbreitungsrichtung der Wasserwelle.

Abb. 4 Fast kreisförmige Bewegung einzelner Wasserteilchen in einer Wasserwelle

Die Animation in Abb. 4 zeigt dir wie gesagt noch einmal sehr deutlich, dass sich die Wasserteilchen an der Wasseroberfläche prinzipiell fast auf Kreisbahnen um einen Mittelpunkt bewegen. In der Animation ist jedoch die Bewegung der Mittelpunkte nach rechts nicht dargestellt.

Du kannst weiter deutlich beobachten, dass bei einer Wasserwelle Wellenberg und Wellental nicht dieselbe Form haben: Der Wellenberg ist kürzer und steiler als das Wellental.

Bisher haben wir die Wellen danach unterschieden, wie sich die einzelnen Teilchen in dem Medium, in dem sich die Welle ausbreitet, bewegen.

Eine andere Möglichkeit der Einordnung von Wellen besteht in der Unterscheidung, wie sich die Welle im Raum ausbreitet. Eine Welle kann sich in einer Dimension wie z.B. eine Welle am gespannten Seil oder längs einer Schraubenfeder ausbreiten.

In der Natur treten sehr häufig aber auch mechanische Wellen auf, die sich in zwei Dimensionen wie z.B. Oberflächenwellen beim Wasser oder gar drei Dimensionen wie z.B. Schallwellen in Luft ausbreiten.

Bei den zwei- und dreidimensionalen Wellen werden wir im Folgenden noch zwei Grundformen zeigen.

Kreis- oder Kugelwellen

Abb. 5 Ausbreitung einer Kreis- oder Kugelwelle

Kreiswellen entstehen z.B. beim Werfen eines Steins ins Wasser oder wie in der Animation in Abb. 5 durch einen kleinen Tupfer (rot)

Hinweise

  • Mit "Start 1" kommst du zur Darstellung, in der Wellenberge (blau) und Wellentäler (weiß) dargestellt sind.
  • Mit "Start 2" erreichst du eine vereinfachte Darstellung, in der nur die Wellenberge (als Striche) dargestellt sind

Ebene Wellen

Abb. 6 Ausbreitung einer ebenen Welle

Ebene Wellen entstehen z.B. durch eine Störung der Wasseroberfläche mit einem Lineal oder wie in der Animation in Abb. 6 durch einen geraden Tupfer (rot). In großer Entfernung vom Erreger erscheinen auch Kreiswellen wie ebene Wellen.

Hinweise

  • Mit "Start 1" kommst du zur Darstellung, in der Wellenberge (blau) und Wellentäler (weiß) dargestellt sind.
  • Mit "Start 2" erreichst du eine vereinfachte Darstellung, in der nur die Wellenberge (als Striche) dargestellt sind