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All main topics / Physik / Wellen

Wellen (31 Cards)

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Lineare /harmonische Welle  - Definition
Eine lineare Welle entsteht, wenn einer Oszillatorkette periodische Energie zugeführt wird und die miteinander gekoppelten Oszillatoren nacheinander gleichartige erzwungene Schwingungen ausführen. Die Schwigungszustände des die Schwingung auslösenden Oszillators bewegen sich über die Kette hinweg. Führen die Oszillatoren harmonische Schwingungen aus, ist es eine harmonische lineare Welle.

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Polarisationsfilter bei Licht
Durch den Polarisationsfilter wird dem Licht ein bestimmte Richtung vorgegeben, in die es schwingen soll. Licht schwingt generell in alle Richtungen.
Licht ist polarisierbar -> es muss eine Transversalwelle sein
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Newton'sche Ringe
Aufbau:
  • konvexe Linse liegt mit der konvexen Seite auf einer Glasplatte
  • weißes Licht fällt auf die Linse


Beobachtung:
  • es bilden sich helle und dunkle konzentrische Ringe im Wechsel aus


Erklärung:
  • Interferenz durch die Unterseite der Linse und der Oberseite der Glasplatte

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Welle - Zeitlich/räumlich
Eine Welle ist sowohl ein zeitlicher wie räumlicher Vorgang. Die Schwingungsdauer beschreibt die zeitliche Periode und die räumliche Periode.
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Longitudinalwelle / Transversalwelle
In einer Longitudinalwelle steht der Schwingungsvektor parallel laufen Verdichtungen und Verdünnungen über den Wellenträger, in einer Transversalwelle senkrecht zur Ausbreitungsrichtung und es laufen Wellenberge und Wellentäler über den Wellenträger
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Phasengeschwindigkeit einer Welle
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Wellengleichung - Herleitung
Funktion der Form

Betrachtung x=0



Nun wird ein Oszillator im Abstand x=d rechts vom ersten Oszillator betrachtet



Da die Wellen sich nach rechts ausbreitet, muss man die Funktionsvorschrift mit verändern





Einsetzen





Für kann man durch die Variable x ersetzten

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Polarisation bei mechanischen Wellen
Transversalwellen sind polarisierbar.
Schwingungsvektoren einer Transversalwelle, die senkrecht in einer festen Ebene zur Ausbreitungsrichtung schwingen, heißen  linear polarisiert.
Longitdudinalwellen sind nicht polarisierbar.

Grundsätzlich beschreibt die Polarisation die Ausbreitungsrichtung einer Welle.
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Interferenz - Definition
Treffen an einer Stelle eines Wellenträgers mehrere Wellen aufeinander, so addieren sich dort die Elongationen der Schwingungen. Nach dem Zusammentreffen laufen die Wellen ungestört weiter. Die ungestörte Überlagerung mehrerer Wellen von gleicher Frequenz (und damit gleicher Wellenlänge) wird als Interferenz bezeichnet.
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Phasendifferenz - Herleitung
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Gangunterschied zweier Wellen
Der Gangunterschied zwei Wellen an einem Ort im Wellenfeld ist die Wegdifferenz von diesem Ort zu den beiden Erregern und .
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Konstruktive / Destruktive Interferenz
maximale Verstärkung (konstruktive Interferenz) bei einer Phasendifferenz von
bei einem Gangunterschied von



maximale Abschwächung (destruktive Interferenz) bei einer Phasendifferenz von

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Heuygens'sches Prinzip
Jeder Punkt einer Wellenfront kann als Ausgangspunkt von Elementarwellen angesehen werden, die sich mit gleicher Phasengeschwindigkeit und gleicher Frequenz wie die ursprüngliche Welle ausbreitet. Die Einhüllende aller Elementarwellen ergibt die neue Wellenfront.
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Heuygens-Fresnel'sche Prinzip
Der Schwingungszustand wird in einem beliebigen Punkt des Wellenfeldes durch alle Elementarwellen bestimmt, die von einer beliebigen Wellenfront ausgehen, wenn dort ihre Wirkung unter der Berücksichtigung ihrer Phasen und Amplituden addiert werden.
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Reflexionsgesetz für Wellen
durch das Huygens'sche Prinzip gilt:
Einfallswinkel ist Ausfallswinkel
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Brechungsgesetz für Wellen

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Beugung
Das Eindringen von Wellen in den geometrischen Schattenraum hinter Hindernisse oder Öffnungen wird als Beugung bezeichnet.
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Streuung
Wenn Wellen durch kleine Hindernisse abgelenkt werden wir dies als Streuung bezeichnet.
z.B. Licht und Nebel das Licht wird an den feinen Wassertröpfchen gestreut
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Transversalwelle  - stehende Welle
freies Ende - Reflexion: ohne Phasensprung
Wellenberg kehrt am freien Ende als Wellenberg

festes Ende  - Phasensprung:
Wellenberg kehrt beim festen Ende als Wellental wieder

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Stehende Welle Definition
Entsteht durch die Überlagerung zweier gegenläufiger Wellen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude. In den Schwingungsbäuchen wird die Energie gespeichert.
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Oberschwingung Ende (frei - frei)




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Oberschwingung Ende (fest - frei)




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Oberschwingung (Ende fest - fest)




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Beugung und Interferenz am Doppelspalt
Versuch
  • roter Laser-Strahl
  • Doppelspalt
  • Schirm
  • Beobachtung:
  • es bildet sich ein Interferenzmuster aus, die Intensität der Streifen nimmt nach außen hin ab
  • Je kleiner der Abstand der Öffnungen des Doppelspalts (Spaltabstand) ist, desto weiter liegen die Streifen auseinander.
  • Erklärung:
  • Licht zeigt die typischen Welleneigenschaften wie Beugung und Interferenz


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Maxima und Minima am Doppelspalt
Wenn das Licht durch den Doppelspalt geht, bilden sich zwei Elementarwellen. Diese überlagern sich mit dem Gangunterschied oder
Gangunterschied vielfaches von konstruktive Interferenz
Gangunterschied vielfaches von konstruktive Interferenz

Für den Gangunterschied gilt näherungsweise:




Maxima und Minima Herleitung:
Maxima


Minima

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Beugung und Interferenz am Gitter


Abstand zwischen zwei Spalten Gitterkonstante

Unterscheid zum Doppelspalt: Interferenzbild am Gitter ist heller und schärfer -> Gitter wird für Wellenlängenbestimmungen genutzt

Abstand der Interferenzmaxima abhängig von Licht:
bei blauem Licht liegen die Maxima enger zusammen als bei roten Licht
bei weißem Licht erhält man ein farbiges Band
rotes Licht wird stärker gebeugt als der violette Teil

es gelten die selben Formeln wie beim Doppelspalt
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Aufbau Interferenzversuch am Doppelspalt
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Interferenz an dünnen Schichten
Ölschicht auf einer Wasseroberfläche oder Seifenblase

Beobachtung: Ölschicht oder Seifenblase schillert in buten Farben

Erklärung:
  • Licht trifft auf den Ölfilm/Seifenblase, ein kleiner Teil wird reflektiert -> Phasensprung
  • Hauptteil des Licht geht durch die Schicht und wird an der hinteren Seite der Schicht reflektiert
  • Teil des Lichts verlässt die Schicht
  • an der Vorderseite überlagert sich das reflektierte Licht mit dem Licht das an der Rückseite reflektiert wurde -> Interferenzerscheinungen


Bei senkrechten Auftreffen -> Maximum
Wellenlänge in der Luft
Gangunterschied

Bei Minimum


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Brechwinkel bei dünnen Schichten

Brechzahl des Mediums
Wellenlänge in der Luft
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Anwendung von der Interferenz bei dünnen Schichten
  • Entspiegelung von Glas

Vermeidung von Mehrfachreflexion bei Brillen und Objektiven -> dünne Schicht wird aufgedampft mit Brechzahl kleiner des Glases
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kundt'sches Rohr
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Flashcard set info:
Author: JamesBond007
Main topic: Physik
Topic: Wellen
Published: 07.11.2013
Tags: Abitur, Hessen, Physik
 
Card tags:
All cards (31)
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