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Schwingungen und Wellen |
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1. Allgemeines Grundlegende Begriffe zur Wellenausbreitung lassen sich besonders anschaulich an Wasserwellen einführen, da hier die Ausbreitung mit bloßem Auge beobachtbar ist. |
 Versuchsaufbau Wellenwanne |
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2. Versuche
| Im ersten Versuch werden kreisförmige und gerade Wasserwellen untersucht. In Abhängigkeit von der Erregerfrequenz f wird jeweils die Wellenlänge λ gemessen und daraus die Wellengeschwindigkeit v = f · λ berechnet. |
Ziel des zweiten Versuches ist die Verifizierung des Huygensschen Prinzips. Dazu treffen gerade Wellen auf eine Kante, einen engen Spalt und ein Gitter. Man beobachtet die Änderung der Ausbreitungsrichtung, die Entstehung von Kreiswellen und die Überlagerung von Kreiswellen zu einer geraden Welle. | Gegenstand des dritten und vierten Versuches ist die Ausbreitung von Wasserwellen in unterschiedlichen Wassertiefen. Eine größere Wassertiefe entspricht einem optisch dünneren Medium mit einer kleineren Brechzahl n. Beim Übergang von einem Medium zum anderen gilt das Brechungsgesetz α1, α2: Winkel zum Einfallslot im Gebiet 1 bzw. 2 λ1, λ2: Wellenlänge im Gebiet 1 bzw. 2 Als praktische Anwendung wird ein Prisma, einer Bikonvexlinse und eine Bikonkavlinse für Wasserwellen untersucht. |
| Im fünften Versuch wird der Doppler-Effekt an kreisförmigen Wasserwellen bei verschiedenen Geschwindigkeiten u des Wellenerregers beobachtet. | In den beiden Versuchen sechs und sieben wird die Reflexion von Wasserwellen untersucht. Bei der Reflexion von geraden Wellen und Kreiswellen an einer geraden Wand gehorchen die Wellenstrahlen dem Reflexionsgesetz. Bei der Reflexion von geraden Wellen an gekrümmten Hindernissen verlaufen die ursprünglich parallelen Wellenstrahlen je nach Wölbung des Hindernisses divergent oder konvergent. Man beobachtet wie in der Optik Bündelung auf einen Brennpunkt bzw. Zerstreuung von einem scheinbaren Brennpunkt aus. |  Konvergenter Strahleneingang hinter einer Bikonvexlinse |
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1. Allgemeines Zweistrahlinterferenz von Wasserwellen Versuche zur Interferenz von Wellen können mit Wasserwellen anschaulich durchgeführt werden, da die Beugungsobjekte mit bloßem Auge erkennbar sind und die Ausbreitung der gebeugten Wellen mit bloßem Auge verfolgt werden kann. |
 Versuchsaufbau Wellenwanne |
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2. Versuche
| Im ersten Versuch wird die Interferenz zweier kohärenter Kreiswellen mit der Beugung gerader Wellen am Doppelspalt verglichen. Beide Anordnungen erzeugen die gleichen Interferenzbilder. | Im zweiten Versuch wird der Lloydsche Versuch zur Erzeugung von Zweistrahlinterferenz nachvollzogen. Durch Spiegelung an einem geraden Hindernis wird eine zweite zur ersten kohärente Quelle erzeugt. Es entsteht eine Interferenzbild, das der Interferenz mit zwei kohärenten Einzelerregern entspricht. |
| Im dritten Versuch trifft eine gerade Wellenfront auf Spalte bzw. Hindernisse unterschiedlicher Breite. Ein Spalt, dessen Breite kleiner als die Wellenlänge ist, wirkt als punktförmiger Erreger für Kreiswellen. Liegt die Spaltbreite deutlich über der Wellenlänge, laufen die geraden Wellen nahezu ungestört hindurch. Lediglich im Schattenraum hinter den Kanten breiten sich kreisförmige, schwächere Wellen aus. Bei Spaltbreiten im Bereich der Wellenlänge bildet sich ein ausgeprägtes Beugungsmuster mit einem breiten Hauptmaximum und seitlichen Nebenmaxima aus. Treffen die Wellen auf ein Hindernis, so wirken die beiden Kanten des Hindernisses als Erregerzentren für Kreiswellen. Das entstehende Beugungsmuster hängt stark von der Breite des Hindernisses ab. | Gegenstand des vierten Versuches ist die Beugung gerader Wasserwellen an Doppel-, Dreifach- und Mehrfachspalt bei festem Spaltabstand d. Es zeigt sich, dass die Beugungsmaxima mit zunehmender Spaltzahl n schärfer ausgeprägt werden. Die Winkel, unter denen die Beugungsmaxima zu finden sind, bleiben dagegen erhalten. |
| Der fünfte Versuch zeigt die Erzeugung stehender Wellen durch Reflexion von Wasserwellen an einer parallel zum Wellenerreger stehenden Wand. Die stehende Weile weist in konstanten Abständen Stellen auf, an denen sich Wellenberge und -täler der hinlaufenden und der reflektierten Einzelwellen stets gegenseitig auslöschen. In der Mitte zwischen zwei solchen Knoten ist die Schwingung stets maximal. |  Beugung von Wasserwellen an einem schmalen Hindernis |
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