Wellenmaschine

WellenmaschineUnter diesem Punkt stellt Ihnen das Programm die räumliche und zeitliche Überlagerung zweier Wellen dar – jedoch nicht als Interferenzbild, sondern die räumliche Schwingung der einzelnen Teilchen, eine Wellenmaschine. Aus mathematischer Sicht werden hier zwei um einen Phasenwinkel verschobene Sinusfunktionen addiert.

Im Darstellungsfenster laufen im oberen und unteren Teil zwei Wellen.
Deren Frequenz und Amplitude stellen Sie für beide Wellen einzeln an den Rollbalken ein. In der Fenstermitte zeichnet Ihnen das Programm während der Simulation, die Sie erneut durch den Schalter Simulation/Stopp ein- und ausschalten, die resultierende Welle, also die Überlagerung beider Wellen.

Zusätzlich können Sie unter Berücksichtigung der Leistungsfähigkeit Ihres Computers die Darstellungs-Geschwindigkeit sowie eine evtl. Phasenverschiebung zwischen beiden Wellen einstellen.
Außer normalen sinusförmigen Wellen können Sie auch Dreieckswellen oder Rechteckwellen einstellen.

Interessant ist ebenso, beide Wellen aufeinander zulaufen zu lassen. Markieren Sie dazu den Punkt gegenläufige Wellenbewegung. Bewegen sich beide Wellen aufeinander zu und haben Sie keine Phasenverschiebung sowie gleiche Amplituden und Frequenzen eingestellt, können Sie somit eine stehende Welle als Resultierende konstruieren. Dabei versteht man unter einer stehenden Welle eine Welle, bei der die Wellenknoten (Teilchen ohne Auslenkung) konstant am gleichen Ort bleiben. Konkret erreichen Sie dies z.B. mit

  • Amplitude 1 = 40 , Amplitude 2 = 40
  • 1. Frequenz = 50 , 2. Frequenz = 50
  • und zusätzlich gegenläufige Wellenbewegung an

Das vollständige Auslöschen zweier Wellen können Sie ebenso simulieren. Nutzen Sie zwei Wellen mit gleicher Amplitude und Frequenz, aber mit einer Phasenverschiebung von 180°, so löschen sich diese gegenseitig vollständig aus. Zu bemerken ist hier, dass während der Simulation alle Parameter weiterhin veränderbar sind.

Stellen Sie sich die dargestellten Wellen z.B. als Wasserwellen vor, so wird, streng physikalisch gesehen, keine Masse, sondern ausschließlich Energie übertragen. Dazu schwingen die Wasserteilchen am Ort auf und ab. Diese Einzelschwingungen können Sie ebenso in der Simulation darstellen.

Klicken Sie dazu links mit der Maus auf solche „Wasserteilchen“. Das Programm zeigt Ihnen nun, wie diese Teilchen während der Wellenbewegung auf- und abwärts schwingen. Insgesamt können Sie maximal 200 Teilchen markieren.
Markieren Sie das Feld 200 Teilchen, so werden diese sofort angezeigt.