Fragenbank: Wellen: Elemente einer Welle

Während eines Laborexperiments studieren die Schüler ein gespanntes Seil, dessen ein Ende an einem Vibrator befestigt ist, wodurch stehende Wellen im Seil erzeugt werden. Es zeigt sich, dass diese stehenden Wellen deutlich definierte Knoten und Bäuche aufweisen. Elemente wie Wellenlänge, Amplitude, Gipfel und Tal spielen eine grundlegende Rolle bei der Beschreibung der erzeugten Wellen. (a) Erklären Sie, wie die Wellenlänge und die Frequenz dieser stehenden Wellen im Seil experimentell bestimmt werden können. (b) Beschreiben Sie, wie die Punkte im Seil identifiziert werden können, die den Gipfel und das Tal der Wellen darstellen. (c) Wie könnte der Schüler die Spannung im Seil variieren, um die Änderung der Wellenlänge und der Frequenz der stehenden Wellen zu beobachten?

Ein Schallwelle breitet sich in einem Klassenzimmer mit konstanter Geschwindigkeit von 340 m/s aus. Ein Schüler klatscht und erzeugt einen Schallimpuls, der sich durch die Luft bewegt. Der Schallimpuls bewegt sich in alle Richtungen und erreicht zwei gegenüberliegende Wände des Raumes, wobei er zum Ausgangspunkt zurückreflektiert. Wenn der Schüler 5 Meter von einer der Wände entfernt ist, bestimmen Sie die Zeit, die der Impuls benötigt, um die andere Wand zu erreichen und zum Ausgangspunkt zurückzukehren, wobei angenommen wird, dass der Raum eine ideale Umgebung ohne Schallabsorption ist, und die Reaktionszeit des Schülers beim Klatschen wird ignoriert.

An einem paradisischen Strand beobachtet Vanessa aufmerksam die Wellen, die sich an der Oberfläche des Meeres ausbreiten, und erkennt deren Eigenschaften und Verhalten. Aus dieser Erfahrung und ihrem Wissen über Wellen beschließt sie, eine eingehende Studie über die Elemente durchzuführen, die eine Welle ausmachen. (a) Identifizieren und erklären Sie die Hauptbestandteile einer Welle und heben Sie deren Eigenschaften und Bedeutung im Kontext der Wellen hervor. (b) Angenommen, Vanessa hat eine Welle mit 8 Metern Länge und einer Frequenz von 0,5 Hz gemessen. Berechnen Sie die Geschwindigkeit dieser Welle und erklären Sie die Vorgehensweise, die zu diesem Ergebnis geführt hat. (c) Wie beeinflusst die Veränderung der Frequenz und der Wellenlänge die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle? Rechtfertigen Sie Ihre Antwort.