Welleneigenschaften

Wellen übertragen Energie ohne Massentransport. Zu den Schlüsseleigenschaften gehören Amplitude, Wellenlänge, Frequenz und Periode. Die Wellengeschwindigkeit ergibt sich aus dem Produkt von Frequenz und Wellenlänge.

Arten von Wellen

Art	Schwingungsrichtung	Beispiele
Transversalwelle	Senkrecht zur Ausbreitungsrichtung	Lichtwellen, Wasserwellen
Longitudinalwelle	Parallel zur Ausbreitungsrichtung	Schallwellen

Eigenschaft	Symbol	Einheit	Bedeutung
Amplitude	A	m	Maximale Auslenkung vom Gleichgewicht (= Lautstärke/Helligkeit)
Wellenlänge	λ (Lambda)	m	Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden gleichen Punkten
Frequenz	f	Hz	Anzahl der Schwingungen pro Sekunde
Periode	T	s	Zeit für eine vollständige Schwingung

Zusammenhänge

$T = \frac{1}{f} \qquad f = \frac{1}{T}$

Wellengleichung

v = f \cdot \lambda

v = Wellengeschwindigkeit (m/s), f = Frequenz (Hz), λ = Wellenlänge (m)

Eine Schallwelle hat eine Frequenz von 200 Hz und eine Wellenlänge von 1,5 m. Bestimme die Wellengeschwindigkeit.

$v = 200 \times 1{,}5 = 300 \text{ m/s}$

Praxisbezug: Gitarrensaiten und Tonhöhe

Wenn du eine Gitarrensaite zupfst, schwingt sie und erzeugt eine Schallwelle. Eine kürzere oder stärker gespannte Saite schwingt mit höherer Frequenz — sie erzeugt einen höheren Ton. Die Lautstärke hängt davon ab, wie fest du zupfst (Amplitude). Eine Gitarre stimmen bedeutet, die Saitenspannung anzupassen, bis die Frequenz dem richtigen Ton entspricht (z. B. 440 Hz für den Ton A).

Praxisbezug: Frequenzen von Radiosendern

Radiosender senden auf verschiedenen Frequenzen. Ein Sender auf "100 FM" sendet auf 100 MHz (100 Millionen Hz). Da alle EM-Wellen mit c = 3 × 10⁸ m/s laufen, ergibt sich die Wellenlänge: λ = c/f = (3 × 10⁸) / (100 × 10⁶) = 3 m. Deshalb sind Sendemasten mehrere Meter hoch — um Wellen dieser Wellenlänge effizient auszusenden.

Praxisbezug: Meereswellen am Strand

Meereswellen sind Transversalwellen — die Wasseroberfläche bewegt sich auf und ab (senkrecht zur Ausbreitungsrichtung). Nach einem weit entfernten Sturm auf See kommen Wellen mit langer Wellenlänge (niedrige Frequenz) schnell am Strand an — deutlich früher als kürzere Wellen. Deshalb spüren Surfer "Dünung", bevor ein Sturm eintrifft.

Tipp Wo begegnest du Welleneigenschaften im Alltag? Gitarrensaiten, Radioübertragungen, Meereswellen, Noise-Cancelling-Kopfhörer und WLAN-Signale — sie alle beruhen auf Amplitude, Frequenz und Wellenlänge!

Übungsaufgaben

Eine Welle hat eine Frequenz von 50 Hz. Wie groß ist ihre Periode?

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T = 1/f = 1/50 = 0,02 s

Licht bewegt sich mit 3 × 10⁸ m/s und hat eine Wellenlänge von 600 nm = 6 × 10⁻⁷ m. Berechne die Frequenz.

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f = v/λ = (3 × 10⁸) / (6 × 10⁻⁷) = 5 × 10¹⁴ Hz

Was ist der Unterschied zwischen Fequenz und Amplitude einer Welle?

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Frequenz bestimmt die Tonhöhe (oder Farbe bei Licht), Amplitude bestimmt die Lautstärke (oder Helligkeit bei Licht).