Mechanik

Mechanische Wellen

Wellenwanne

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Wellenwanne

Aufbau einer Wellenwanne

Mit einer  Wellenwanne, wie sie im nebenstehenden Bild zu sehen ist, lassen sich schnell und einfach verschiedene Wellentypen erzeugen und Phänomene an Wellen studieren.

Die Anregung der Wellen erfolgt mittels einzelner Nadeln oder Luftdruckschwankungen im Wellenerreger (im Bild zwei punktförmige Erreger), die periodische Störungen der Wasseroberfläche verursachen. Mögliche ist auch die Anregung durch einen dünnen Stab, der periodisch auf die Wasseroberfläche trifft.

Die flache, auf einer ebenen Glasplatte befindliche Wasseroberfläche (im Foto oben zu sehen) wird von oben mit Licht bestrahlt, das über einen 45° geneigten Spiegel auf eine vertikal ausgerichtete Mattscheibe (im Foto der untere Bildteil) trifft.

Bei der Beleuchtung von oben wirken die Wellenberge wie Sammellinsen, sie bündeln das Licht (helle Stellen am Schirm). Wellentäler wirken wie Zerstreuungslinsen, das durchgehende Licht wird aufgefächert (dunkle Stellen am Schirm).

Um Reflexionen an Rändern der Wellenwanne zu verhindern steigt diese zum Rand hin sanft an. Die Wassertiefe beträgt 0,5cm - 1,3 cm.

Um die Oberflächenspannung des destillierten Wassers zu reduzieren gibt man etwas Spülmittel bei.

Die Eintauchtiefe der Erreger muss so angepasst werden, dass sich ein möglichst scharfes Wellenbild am Schirm ergibt.

Der Wannenboden muss eben aufgestellt sein (Kontrolle mit einer Wasserwaage).

Typische Wellenbilder

Verschiedene Wellensysteme

Ebene Welle
Kreiswelle

Reflexion und Brechung

Brechung
Reflexion

Beugung am Spalt

Links: sehr enger Spalt (\(d < \lambda \)): Es ergibt sich eine vom Spalt ausgehende Kreiswelle, deren Intensität auch in Richtungen, die stark von der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung abweichen, noch groß ist. Diese Erscheinung nennt man Beugung ; Mitte: enger Spalt (\(d \approx \lambda \)): Die Grenze zwischen Schattenbereich und Lichtbereich wird schärfer. Die Intensität im Schattenbereich ist wesentlich geringer als in direkter Ausbreitungsrichtung hinter dem Spalt. Beim Übergang vom Lichtraum zum Schattenraum gibt es Maxima und Minima. Diese Erscheinung nennt man Interferenz; Rechts: Breiter Spalt (\(d > \lambda \)): Verhältnisse fast wie bei der geometrischen Optik.

Beugung am Hindernis

\(d > \lambda \): merkliche Störung des Wellenfeldes
\(d \approx \lambda \): unwesentliche Störung des Wellenfeldes

Interferenzerscheinungen

DOPPLER-Effekt
Zwei-Quellen-Interferenz

Eine einfache Simulation zur Zwei-Quellen-Interferenz in einer Wellenwanne findest du hier auf der Website von OSP (open source physics).

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