Transverse Wave: Eigenschaften und Beispiele
Transversalwellen sind solche, bei denen die Schwingung in einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle auftritt. Im Gegensatz dazu sind Longitudinalwellen die Wellen, bei denen die Verschiebung durch das Medium in der gleichen Richtung erfolgt, in der die Verschiebung der Welle erfolgt.
Es sei daran erinnert, dass sich Wellen aufgrund der Vibration, die sie in den Partikeln des Mediums verursachen, durch ein Medium ausbreiten. Dann kann die Ausbreitungsrichtung einer Welle parallel oder senkrecht zu der Richtung sein, in der die Teilchen schwingen. Daher ist der Unterschied zwischen Quer- und Längswellen ausgeprägt.
Das typischste Beispiel für eine Transversalwelle sind die kreisförmigen Wellen, die sich durch die Wasseroberfläche ausbreiten, wenn ein Stein geworfen wird. Transversalwellen sind sowohl elektromagnetische Wellen als auch Licht. Was elektromagnetische Wellen betrifft, gibt es den besonderen Fall, dass es keine Schwingung von Partikeln gibt, wie dies bei anderen Wellen der Fall ist.
Trotzdem handelt es sich um Transversalwellen, da die diesen Wellen zugeordneten elektrischen und magnetischen Felder senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle verlaufen. Andere Beispiele für Transversalwellen sind Wellen, die entlang einer Kette übertragen werden, und S-Wellen oder sekundäre seismische Wellen.
Eigenschaften
Die Wellen, ob quer oder längs, haben eine Reihe von Eigenschaften, die sie bestimmen. Im Allgemeinen sind die wichtigsten Eigenschaften einer Welle die im Folgenden erläuterten:
Wellenamplitude (A)
Sie ist definiert als der Abstand zwischen dem am weitesten von einer Welle entfernten Punkt und ihrem Gleichgewichtspunkt. Da es sich um eine Länge handelt, wird sie in Längeneinheiten (normalerweise in Metern) gemessen.
Wellenlänge (λ)
Es ist definiert als die Entfernung (normalerweise in Metern), die von einer Störung in einem bestimmten Zeitintervall zurückgelegt wurde.
Dieser Abstand wird beispielsweise zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kämmen (die Kämme sind der am weitesten von der Gleichgewichtsposition am oberen Rand der Welle entfernte Punkt) oder auch zwischen zwei Tälern (Punkt, der am weitesten von der Gleichgewichtsposition am entferntesten ist) gemessen Grund der Welle) nacheinander.
Sie können jedoch wirklich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten der Welle messen, die sich in derselben Phase befinden.
Periode (T)
Dies ist die Zeit (normalerweise in Sekunden gemessen), die eine Welle benötigt, um einen vollständigen Zyklus oder eine vollständige Schwingung zu durchlaufen. Es könnte auch als die Zeit definiert werden, die eine Welle benötigt, um eine der Wellenlänge entsprechende Strecke zurückzulegen.
Frequenz (f)
Es ist definiert als die Anzahl der Schwingungen, die in einer Zeiteinheit auftreten, normalerweise eine Sekunde. Auf diese Weise wird die Frequenz in Hertz (Hz) gemessen, wenn die Zeit in Sekunden (s) gemessen wird. Die Häufigkeit wird normalerweise aus der Periode mit folgender Formel berechnet:
f = 1 / T
Wellenausbreitungsgeschwindigkeit (v)
Es ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Welle (die Energie der Welle) durch ein Medium ausbreitet. Sie wird normalerweise in Metern pro Sekunde (m / s) gemessen. Beispielsweise breiten sich elektromagnetische Wellen mit Lichtgeschwindigkeit aus.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit kann aus der Wellenlänge und Periode oder Frequenz berechnet werden.
V = λ / T = λf
Oder teilen Sie einfach die von der Welle zurückgelegte Strecke in einer bestimmten Zeit auf:
v = s / t
Beispiele
Elektromagnetische Wellen
Elektromagnetische Wellen sind der wichtigste Fall von Transversalwellen. Ein besonderes Merkmal elektromagnetischer Strahlung ist, dass im Gegensatz zu mechanischen Wellen, die eine Ausbreitungsmethode erfordern, keine Ausbreitungsmethode erforderlich ist und dies im Vakuum tun kann.
Dies bedeutet nicht, dass sich keine elektromagnetischen Wellen durch ein mechanisches (physikalisches) Medium bewegen. Einige Transversalwellen sind mechanische Wellen, da sie zur Ausbreitung ein physikalisches Medium benötigen. Diese transversalen mechanischen Wellen werden T-Wellen oder Scherwellen genannt.
Darüber hinaus breiten sich elektromagnetische Wellen, wie oben bereits erwähnt, mit Lichtgeschwindigkeit aus, die im Fall von Vakuum in der Größenordnung von 3 · 10 & sup8; m / s liegt.
Ein Beispiel für eine elektromagnetische Welle ist sichtbares Licht, bei dem es sich um elektromagnetische Strahlung handelt, deren Wellenlängen zwischen 400 und 700 nm liegen.
Querwellen im Wasser
Eine sehr typische und sehr grafische Transversalwelle ist der Fall, wenn ein Stein (oder ein anderes Objekt) ins Wasser geworfen wird. In diesem Fall werden kreisförmige Wellen erzeugt, die sich von der Stelle aus ausbreiten, an der der Stein auf das Wasser (oder den Wellenfokus) auftrifft.
Die Beobachtung dieser Wellen erlaubt es zu erkennen, wie die Richtung der Schwingung, die im Wasser stattfindet, senkrecht zur Richtung der Verschiebung der Welle ist.
Dies lässt sich am besten beobachten, wenn sich eine Boje in der Nähe des Aufprallpunkts befindet. Die Boje steigt und sinkt vertikal, wenn die Wellenfronten ankommen, die sich horizontal bewegen.
Komplizierter ist die Bewegung der Wellen im Ozean. Seine Bewegung beinhaltet nicht nur das Studium von Transversalwellen, sondern auch die Zirkulation von Wasserströmungen, wenn die Wellen vorbeiziehen. Daher kann die reale Bewegung des Wassers in den Meeren und Ozeanen nicht nur auf eine einfache harmonische Bewegung reduziert werden.
An einem Seil winken
Wie bereits oben erwähnt, ist ein weiterer üblicher Fall von Transversalwellen die Verschiebung einer Schwingung durch eine Saite.
Bei diesen Wellen wird die Geschwindigkeit, mit der sich die Welle durch die gespannte Saite ausbreitet, durch die Spannung der Saite und die Masse pro Längeneinheit der Saite bestimmt. Somit wird die Geschwindigkeit der Welle aus dem folgenden Ausdruck berechnet:
V = (T / m / L) 1/2
In dieser Gleichung ist T die Spannung der Saite, m ihre Masse und L die Länge der Saite.
