Einführung
In diesem Artikel tauchen wir tiefer in die Eigenschaften von Wellen ein und wenden diese auf die Erforschung von akustischen Wellen, auch Schallwellen genannt, an. Akustische Wellen sind mechanische Wellen, bei denen sich Druckänderungen durch ein Material ausbreiten. Ein bekanntes Beispiel ist der Lautsprecher eines Radios, dessen Membran auf ein elektrisches Signal reagiert und Druckschwankungen in der Luft erzeugt.
Reisen von Wellen
Betrachten wir nun reisende Wellen genauer. Eine reisende Welle bewegt sich in eine bestimmte Richtung und mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Ein Beispiel hierfür ist eine Welle im Ozean. Unsere Sinuswellenformel wird nun um den Phasenwinkel ? erweitert, um die Verschiebung der Welle im Raum zu berücksichtigen. Die Geschwindigkeit (v) einer reisenden Welle ist einfach die Wellenlänge (?), geteilt durch die Periodendauer (T).
Praxisbeispiel
Um dies zu veranschaulichen, nehmen wir an, ein Wissenschaftler misst Wasserwellen und wählt zwei Pfähle eines Piers, die 10 Meter voneinander entfernt sind. Die gemessene Periodendauer beträgt 4 Sekunden, und die Zeit, die eine Welle benötigt, um die 10 Meter zu durchlaufen, beträgt 14 Sekunden. Die Wellenlänge lässt sich dann mithilfe dieser Informationen berechnen.
Akustische Wellen
Mit einer mathematischen Grundlage für Wellen allgemein betrachten wir nun akustische Wellen genauer. Betrachten wir dazu den Fall eines Lautsprechers. Die Bewegung seiner Membran erzeugt eine sinusförmige Druckwelle in der Luft. Die Geschwindigkeit dieser Schallwelle hängt von der Kompressibilität des Mediums und der Dichte ab. Die Beziehung zwischen der Wellengeschwindigkeit (v), dem Volumenmodul (B) und der Dichte (?):
[ v = \sqrt{\frac{B}{\rho}} ]
Praxisbeispiel
Angenommen, eine Schallquelle erzeugt Wellen in Wasser mit einer Frequenz von 100 Hertz und einer Wellenlänge von 14,8 Metern. Die Dichte des Wassers beträgt etwa 1000 Kilogramm pro Kubikmeter. Die Berechnung des Volumenmoduls des Wassers ergibt ungefähr 2,2 Milliarden Pascal.
Fazit
In diesem Artikel haben wir einen tiefen Einblick in die Physik hinter akustischen Wellen gewonnen. Wir haben reisende Wellen betrachtet, ihre Eigenschaften diskutiert und schließlich die spezifischen Aspekte von akustischen Wellen beleuchtet. Diese Kenntnisse sind entscheidend, um die Welt des Schalls zu verstehen und legen den Grundstein für weiterführende Studien in der Physik.
Hinweis: Dieser Artikel wurde verfasst, um Ihnen ein umfassendes Verständnis der Physik hinter akustischen Wellen zu vermitteln. Bei Interesse an weiterführenden Informationen empfehlen wir den Besuch von qualifizierten Online-Physikkursen.