Was ist eine Transversalwelle?
Eine Transversalwelle ist eine Welle, deren Schwingungen in einer Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung auftreten. Longitudinalwellen hingegen schwingen in der gleichen Richtung wie die Ausbreitung der Welle. Die Schwingungen einer Transversalwelle können aus Materie oder Energie bestehen. Die Welle, die durch Wackeln einer Saite erzeugt wird, nutzt Materie zur Ausbreitung. Eine elektromagnetische (EM) Welle ist eine Transversalwelle, die den leeren Raum als Medium nutzen kann.
Diese Wellen können Longitudinalwellen gegenübergestellt werden, die in Richtung der Wellenbewegung schwingen. Ein gutes Beispiel für eine Longitudinalwelle ist die Welle, die in einem Slinky® erzeugt wird, wenn jemand ein Ende in Richtung des anderen Endes drückt. In diesem Fall wird der Impuls eines Teils des Slinky® über Kollisionen auf den Slinky® übertragen. Obwohl es schwieriger vorstellbar ist, funktionieren Schallwellen auf ähnliche Weise. Wie beim Slinky® sind sie auf den longitudinalen Impulsübertrag durch Materiekollisionen angewiesen.
Tatsächlich können sich nur Longitudinalwellen durch ein Gasmedium ausbreiten. Partikel in Gasen kollidieren auf die gleiche Weise miteinander wie größere feste Objekte. Wenn dies mit vielen Partikeln gleichzeitig geschieht, entsteht eine Druckwelle. Druckwellen sind Longitudinalwellen, die sich durch ein Medium in alle Richtungen schnell nach außen bewegen. Auf molekularer Ebene bestehen sie jedoch nur aus kollidierenden Partikeln.
Eine Transversalwelle kann auch mit Materie erzeugt werden. Wenn das Ende einer Saite zur Seite bewegt wird, wird diese Bewegung zum anderen Ende der Saite hin ausgeführt. Dies liegt daran, dass jedes Stringsegment fest mit dem nächsten Segment verbunden ist. Im Wesentlichen breitet sich die Welle aus, weil Teile der Saite von benachbarten Teilen zur Seite gezogen werden.
Der gleiche Effekt kann in einem Gewässer wie einem Teich erzeugt werden. Wenn ein Wassertropfen auf der Teichoberfläche landet, drückt er etwas Wasser nach unten. Diese Abwärtsbewegung beeinflusst benachbarte Wasservolumina aufgrund von Scherbeanspruchung. Scherbeanspruchung entsteht, wenn sich eine Flüssigkeit an verschiedenen Orten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt.
Eine EM-Welle ist auch eine Transversalwelle. EM-Wellen haben eine elektrische und eine magnetische Komponente, die beide senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen sind. Im Gegensatz zu vielen anderen Arten von Wellen müssen EM-Wellen zur Ausbreitung nicht vorhanden sein. EM-Wellen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit und tragen eine ihrer Frequenz proportionale Energiemenge. Die Frequenz einer Welle bezieht sich auf die Anzahl der Schwingungen, die pro Sekunde ausgeführt werden.