Was ist Phasengeschwindigkeit?
Bei der Untersuchung der Geschwindigkeit von Wellen oder der Geschwindigkeit, mit der sich Wellen bewegen, können zwei verschiedene Typen berechnet werden: Phasengeschwindigkeit und Gruppengeschwindigkeit. Die Phasengeschwindigkeit misst die Geschwindigkeit einer einzelnen Welle, während die Gruppengeschwindigkeit die Geschwindigkeit eines Wellenpakets oder einer Hüllkurve misst. Ein Wellenpaket ist eine Gruppe von Wellen, die sich als einzelne Einheit bewegen und somit als einzelne Einheit gemessen werden können.
Die Geschwindigkeit wird berechnet, indem die während einer bestimmten Zeit zurückgelegte Strecke gemessen wird. Das Messen der Phasengeschwindigkeit umfasst das Messen der Entfernung, um die sich eine Wellenlänge in einem bestimmten Zeitraum bewegt. Eine Wellenlänge ist der Abstand zwischen der Spitze einer Welle und der Spitze der nächsten Welle. Phasen- und Gruppengeschwindigkeiten müssen in einem Wellenpaket nicht gleich sein.
Es können verschiedene Beziehungen zwischen Phasen- und Gruppengeschwindigkeiten beobachtet werden. Wenn die Phasen- und Gruppengeschwindigkeiten gleich sind, bewegt sich jede Komponentenwelle mit dem gesamten Paket oder die Wellenform bewegt sich als einzelne Einheit. Wenn die Phasengeschwindigkeit gleich der negativen Gruppengeschwindigkeit ist, bewegen sich die Komponentenwellen in die entgegengesetzte Richtung zum Wellenpaket.
Die Phasen- und Gruppengeschwindigkeiten können auch größer oder kleiner als einander sein. Wellen mit Phasengeschwindigkeiten größer als die Gruppengeschwindigkeit bewegen sich schneller als die Hüllkurve. Das Gegenteil ist der Fall, wenn die Gruppengeschwindigkeit größer ist. In diesem Fall bewegen sich die Komponentenwellen langsamer als die gesamte Hüllkurve.
Zusätzlich zu den obigen Szenarien kann entweder die Phasengeschwindigkeit oder die Gruppengeschwindigkeit gleich Null sein. In diesem Fall sind entweder die Komponentenwellen oder das Wellenpaket stationär. Bei einer Phasengeschwindigkeit von Null bewegt sich das Wellenpaket über stationäre Teilwellen. Eine Gruppengeschwindigkeit von Null bedeutet, dass die Hüllkurve stillsteht und die Komponentenwellen sich durch sie bewegen.
Die Phasengeschwindigkeit ist für verschiedene Medientypen unterschiedlich. Dies liegt daran, dass die Eigenschaften des Mediums eine Rolle spielen, sodass Lichtwellen, Schallwellen und Wellen in verschiedenen Flüssigkeiten unterschiedlich reagieren können. Auch die Frequenz der Wellen kann einen direkten Einfluss auf die Phasengeschwindigkeit haben, da sich unterschiedliche Frequenzen von Wellen üblicherweise mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten. Die Phasengeschwindigkeit von Wellen kann auch im Vakuum gemessen werden. Dies ist zu berücksichtigen, da sich die Permeabilität und Permittivität des Vakuums direkt auf die Phasen- und Gruppengeschwindigkeiten des zu messenden Mediums auswirkt.