Was ist eine mechanische Welle?
Eine mechanische Welle ist eine Störung, die durch irgendeine Art von Medium pulsiert: einen Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas, die das Original tragen und Energie von einem Ort zum anderen initiieren. Es gibt drei Arten mechanischer Wellen: Quer-, Längs- und Grenzwellen. Einfache Beispiele für Wellen und die Medien, durch die sie sich bewegen, sind Schall in der Luft, seismische Wellen im Fels und die Schwingungen einer Gitarrensaite.
Ein Beispiel für mechanische Wellen sind Wellen in einem Teich, die sich von einem Steinwurf nach außen bewegen. Die Welle bewegt sich durch das Medium, obwohl die Atome und Moleküle des Mediums selbst im Allgemeinen in ihre ursprüngliche Position zurückkehren, nachdem sie durch die Welle, die durch sie hindurchgeht, zusammengedrückt, auseinandergezogen oder gedreht wurden. Die mechanische Welle kann sich in einer geraden Bewegung, einer Drehbewegung oder einer Kombination der beiden bewegen.
Wellen besitzen die Eigenschaften von Frequenz, Periode, Wellenlänge und Amplitude. Der Abstand zwischen einem Wellenimpuls und dem nächsten ist seine Wellenlänge und die Zeit zwischen Impulsen ist die Periode. Bei Transversalwellen ist die Amplitude die Entfernung, um die die Welle das Medium verdrängt. Die Anzahl der Wellen, die über die Zeit durch das Medium laufen, ist die Frequenz der Welle. Je höher die Frequenz einer mechanischen Welle ist, desto mehr Energie überträgt sie.
Transversale Wellen übertragen ihre Energie nach oben und unten oder von einer Seite zur anderen und zwingen das Medium, die Form eines Kamms und einer Mulde anzunehmen - wie bei einer Sinuswelle. Ein gutes Beispiel für diese Art von Welle ist eine seismische S-Welle, bei der sich die Erdkruste senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle auf und ab oder von einer Seite zur anderen bewegt. Das mechanische Wellenmodell einer Transversalwelle ergibt sich aus der Wellengleichung, einer Energiegleichung, deren Lösung eine Sinuswelle ist, die die oben genannten Eigenschaften von Frequenz, Periode, Wellenlänge und Amplitude besitzt.
Longitudinalwellen sind Dichtewellen, die sich durch die Expansion und Kompression von Partikeln des Mediums bewegen. Eine Expansion und Kompression ist eine Wellenlänge. Gute Beispiele für diese Wellen sind Schallwellen in der Luft und seismische P-Wellen im Boden. Je dichter das Material ist, desto schneller bewegen sich die Wellen durch das Material.
Grenzwellen sind mechanische Wellen, die zwischen zwei unterschiedlichen Medien schwingen. Luftlöcher und verengte Saiten in Musikinstrumenten, die Vibration einer Stimmgabel und die kronenartige Form eines Wassertropfenspritzers sind gute Beispiele für mechanische Grenzwellen. Der Resonanzklang der Stimmgabel wird durch die Form und Größe ihrer Begrenzung und die Elastizität des Materials, aus dem sie besteht, begrenzt.