Waves

00:01 Nachdem wir nun die grundlegenden Eigenschaften des Elektromagnetismus besprochen haben, sind wir bereit uns anzusehen, wie man ein sehr häufiges Phänomen beschreiben kann, das als periodische Bewegung bekannt ist, mit welcher man etwas beschreiben kann, dass seine Bewegung regelmäßig mit einer gewissen Periodizität wiederholt.

00:16 Wir werden uns hier also anschauen, wie man das beschreiben kann.

00:18 Um noch einmal einen Überblick zu geben: Wir haben uns mit der Mechanik beschäftigt, wir haben darüber gesprochen, wie man dies auf Flüssigkeiten und Gase übertragen kann, und dann erst kürzlich den Elektromagnetismus besprochen.

00:27 Durch Beschäftigung mit periodischen Bewegungen bekommen wir nun einen Einstieg in den Bereich der Wellen, sowie auch Schall und Licht, die beide Beispiele für Wellen sind, bevor wir uns dann mit den komplexeren und mikroskopisch kleinen Phänomenen der Atome und der Thermodynamik beschäftigen.

00:41 Beginnen wir also zuerst mit den Wellen und wie man sie beschreibt.

00:44 Wir beginnen mit den Eigenschaften von Wellen und wie man diese beschreiben kann, um dann einige Beispiele für periodische Bewegungen anzuführen.

00:52 Dabei werden wir auf viele Beispiele aus dem Bereich der Newtonschen Gesetze zurückgreifen, die wir zuvor schon besprochen haben.

00:57 Aber zuerst wollen wir darüber sprechen, wie wir Wellen beschreiben können und was die grundlegenden Eigenschaften von Wellen sind, mit denen wir vertraut sein sollten.

01:02 Wir können uns bei der Erklärung von Wellen eine Frage stellen.

01:05 Wie könnte ich von mir auf dich Energie übertragen, wenn ich wollte? Wie könnte ich dir Energie übertragen, wenn du sie nutzen wolltest? Eine Möglichkeit wäre, dass ich einfach einen Gegenstand nehme und ihn dir zuwerfe.

01:18 Dieses Objekt hätte Energie, und dann würde dieses Objekt von mir zu dir übergeben und ich hätte Energie auf dich übertragen.

01:24 Eine Welle ist eine Möglichkeit, Energie zu übertragen, ohne dass die Objekte selbst bewegt werden müssen.

01:30 Dabei wird die Energie durch ein Medium übertragen.

01:35 So bewegt sich zum Beispiel bei einer Welle im Meer die Energie aus den Tiefen des Ozeans auf die Küste zu, ohne dass das Wasser aus der Tiefe des Ozeans sich tatsächlich zum Ufer bewegen müsste. Damit hätten wir die gängigste Definition oder Vorstellung von Wellen, die wir verwenden und über die wir nachdenken werden.

01:51 Es handelt sich um eine Übertragung von Energie durch ein Medium, ohne dass sich tatsächliche Objekte durch dieses Medium bewegen.

01:58 Nehmen wir ein spezifisches Beispiel für ein Wellenphänomen, mit dem du vielleicht vertraut bist, eine Gitarrensaite, Stellen Sie sich also eine Gitarrensaite, wie diese, vor.

02:09 Wir schauen uns nur einen kleinen Ausschnitt davon an und dieser schwingt nach dem Zupfen der Saite auf und ab und Sie können eine Form der Bewegung erkennen.

02:17 Wir unterscheiden zwei verschiedene Arten von Wellen.

02:20 Die Gitarrensaite, die wir hier gerade vorgestellt haben, würden wir als Transversalwelle beschreiben.

02:25 Dabei nennen wir es transversal, weil die Schwingung nach oben und unten ausschlägt, wohingegen die Welle selbst, wenn man sie im Verlauf auf der Gitarrensaite verfolgen würde, sich von links nach rechts bewegen würde. Wenn man einen Scheitelpunkt der Welle wählt, einen Höhepunkt, und diesen quer verfolgt, würde man sehen, dass er sich von links nach rechts bewegt, während sich jeder einzelne Punkt der Welle auf und ab bewegt.

02:44 Meereswellen wären ebenfalls ein gutes Beispiel dafür.

02:47 Dabei siehst du, dass sich die Wellen von rechts nach links bzw. von draußen landeinwärts zum Ufer hin bewegen.

02:52 Während man an einem beliebigen Punkt auf dieser Welle, wenn du zum Beispiel eine Boje oder ein Boot auf dem Wasser hättest, sehen würde, wie es sich dort auf und ab bewegt.

02:58 Also ist die Bewegungsrichtung eines beliebigen Punktes auf der Welle senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle, weshalb wir dies als Transversalwelle bezeichnen.

03:06 Um das zu wiederholen: Die Schwingungsrichtung steht senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.

03:12 Das sollten wir im Hinterkopf behalten, wenn wir uns mit Wellen beschäftigen, um diese speziell Verhaltensweise immer zu erkennen.

03:18 Hierbei handelt es sich genau um das Gegenteil von dem, was wir eine Longitudinalwelle nennen würden.

03:22 Eine Longitudinalwelle ist eine Welle, bei der die Schwingungsrichtung in der gleichen Ebene liegt wie die Ausbreitungsrichtung der Welle.

03:29 Wenn ich zum Beispiel eine Feder oder ein Slinky, ein Treppenläufer-Spielzeug, hätte, meine Hand daran entlang bewegen und das würde einen Impuls oder eine Welle durch das Slinky senden und du könntest sehen, dass die Richtung von dem, was wir als Schwingung bezeichnen, die Bewegung des eigentlichen Materials, von links nach rechts verläuft, und somit in die gleiche Richtung, in der sich die Wellen ausbreitet.

03:47 Mit anderen Worten, jeder Punkt auf dem Slinky bewegt sich genau so von links nach rechts und das ist auch die dieselbe Richtung, von links nach rechts, wie sich die Wellen selbst bewegen, wenn sie durch die Feder laufen.

03:57 Die Schwingungen finden in kleinem Maßstab statt, Ich spreche also von der Gesamtbewegung der Welle durch ein Objekt wie das Slinky.

04:08 Diese vergleiche ich mit der Bewegung eines bestimmten Punktes im Slinky oder der Feder.

04:13 Und das sind die beiden Dinge, die du immer vergleichen solltest, wenn du entscheidest, ob eine Welle longitudinal oder transversal ist.

04:19 Stell es dir also nochmal vor, ein Punkt auf der Feder bewegt sich von links nach rechts und die gesamte Welle, welche die Feder durchläuft, bewegt sich ebenfalls von links nach rechts. So beschreibt man eine Longitudinalwelle.