Was ist eine elastische Welle?
Eine elastische Welle breitet sich im Allgemeinen durch ein Material oder eine Flüssigkeit oder auf seiner Oberfläche aus, ohne dauerhafte strukturelle oder physikalische Veränderungen zu verursachen. Es wird typischerweise durch eine Verzerrung oder Verschiebung identifiziert. Wellen, die sich durch Wasser ausbreiten, Schall, der sich durch Luft bewegt, sowie Energie, die sich durch feste Materialien wie die Erde bewegt, werden oft als elastische Wellen bezeichnet. Die Ausbreitung kann mathematisch analysiert werden, während Höhe, Länge und Zeitpunkt einer elastischen Welle mithilfe eines Diagramms visualisiert werden können. Spezielle Ultraschallkameras können die Bewegung auch über eine feste Oberfläche wie ein Blatt Metall oder Papier abbilden.
Wenn ein Kieselstein oder ein anderer Gegenstand ins Wasser fällt, bewegen sich die Wellen normalerweise in alle Richtungen. Diese können als Kreisring von oben betrachtet oder auf der Oberfläche beobachtet werden, wenn sich die Oberfläche auf und ab bewegt. Die Messung einer elastischen Welle kann durch grafische Darstellung der Höhe von einem Bezugspunkt wie der normalen Wasseroberfläche aus erfolgen. Die Höhe der gekrümmten Linie wird als Amplitude bezeichnet, die sich sowohl über als auch unter der Oberflächenlinie erstrecken kann. Dies ist typischerweise ein Zyklus in der Bewegung der Welle.
Elastische Wellen haben typischerweise Spitzen und Täler. Von einem Gipfel zum nächsten sowie von einem Tiefpunkt zum nächsten ist ein Zyklus, der Amplitude genannt wird. Wenn die elastische Welle mit der Zeit anstatt mit der Entfernung verglichen wird, handelt es sich bei dieser Messung um die Wellenperiode. Das Dividieren der Wellenlänge durch die Periode in einer Wellengleichung liefert typischerweise einen Wert für die Geschwindigkeit der Welle.
Eine Schallwelle breitet sich oft auf ähnliche Weise aus, entweder durch Luft, Wasser oder ein festes Material. Die Periode einer Schallwelle heißt ihre Frequenz; Sie wird in der Regel in Hertz angegeben, wenn die Fahrzeit in Sekunden angegeben wird. Mathematische Berechnungen werden im Allgemeinen komplexer, wenn eine elastische Welle durch ein festes Material analysiert wird. Beispielsweise werden die geometrischen Eigenschaften von geschichteten Zylindern und Rohren sowie die Dichte, Härte und Form von Objekten häufig berücksichtigt. Diese Daten werden in der Regel von Ingenieuren für Objekte wie Aluminiumschalen und verschiedene mechanische Komponenten analysiert und aufgezeichnet.
Neben Mathematik und Computermodellierung kann eine elastische Welle auch mit Lasern und Ultraschalldetektoren abgebildet werden. Experimente verwendeten Videokameras, um Oberflächenvibrationen abzubilden und die elastischen Eigenschaften verschiedener Materialien zu analysieren. Auf einer Metallplatte kann ein solches Bild beispielsweise wie Wellen in einem Teich aussehen. Unterschiedliche Materialien können unterschiedliche Ausbreitungsmuster aufweisen, während jeder Typ unter Belastung eine unterschiedliche elastische Welle aussenden kann.