Kann man Licht hier als Transversalwelle zeigen?

Nein: hier sind nur mechanische Wellen im Medium. Licht ist eine elektromagnetische Transversalwelle und braucht kein Medium; die „Teilchen“ auf dem Bildschirm sind Punkte des Mediums, nicht die Felder E und B.

Warum kehren die Teilchen an ihren Ort zurück? Reißt die Welle sie nicht mit nach vorn?

Die Teilchen schwingen um die Gleichgewichtslage. Die Welle trägt Energie, nicht Materie. Wie die „Welle“ im Stadion: die Leute stehen auf und setzen sich, laufen aber nicht über die Tribüne.

Welche wirkliche Welle ist zugleich transversal und longitudinal?

Die Oberflächenwelle auf Wasser: die Teilchen laufen auf einer Ellipse, es gibt eine transversale und eine longitudinale Komponente. Hier sind der Deutlichkeit halber zwei reine Typen getrennt.

Ändern Frequenz und Wellenlänge in diesem Modell die Geschwindigkeit?

Für ein gegebenes Medium ist die Geschwindigkeit konstant und durch die Eigenschaften des Mediums festgelegt. Frequenz und Wellenlänge hängen zusammen: v = fλ. Dispersion (Abhängigkeit der Geschwindigkeit von der Frequenz) gibt es hier nicht.

Transversal- und Longitudinalwellen

Dieselbe laufende Sinuswelle: transversale Schwingung senkrecht zur Ausbreitung und longitudinale längs dazu, mit Verdichtungen und Verdünnungen.

Zum Modell

Transversal- und Longitudinalwellen unterscheiden sich in der Schwingungsrichtung der Teilchen relativ zur Ausbreitung. Bei der Transversalwelle (Seil) steht die Auslenkung senkrecht zum Lauf: y(x,t) = A sin(kx − ωt). Bei der Longitudinalwelle (Schall in Luft) schwingen die Teilchen längs der Wellenrichtung und bilden Verdichtungen und Verdünnungen. Auf zwei Feldern dieselbe Sinuswelle: oben die transversale Bewegung, unten die longitudinale mit „Federn“ zwischen den Punkten. Die Geschwindigkeit hängt mit Frequenz und Wellenlänge zusammen: v = fλ. Vereinfachungen: diskrete Punkte, keine Dämpfung, keine Dispersion und kein dreidimensionales Feld. Die Energie läuft vorwärts, die Materie des Mediums bleibt im Mittel am Ort.

Für wen: Oberstufe und Studienbeginn: mechanische Wellen, Schwingungsarten, v = fλ.

Wichtige Begriffe

Transversalwelle
Longitudinalwelle
Amplitude
Wellenlänge
Frequenz
Verdichtung
Verdünnung

So funktioniert es

Auf zwei Feldern dieselbe sinusförmige laufende Welle. Oben schwingen die Teilchen auf und ab um eine feste Koordinate x (transversal). Unten verdichtet und dehnt die Auslenkung längs der Ausbreitung die Abstände zwischen den Teilchen (longitudinal). Frequenz, Wellenlänge und Amplitude sind gemeinsam; die Phasengeschwindigkeit ist v = fλ.

Wichtige Gleichungen

Transversal: y(x,t) = A sin(kx − ωt), k = 2π/λ

Longitudinal: u(x,t) = A sin(kx − ωt), x′ = x + u

Häufige Fragen

Kann man Licht hier als Transversalwelle zeigen?: Nein: hier sind nur mechanische Wellen im Medium. Licht ist eine elektromagnetische Transversalwelle und braucht kein Medium; die „Teilchen“ auf dem Bildschirm sind Punkte des Mediums, nicht die Felder E und B.
Warum kehren die Teilchen an ihren Ort zurück? Reißt die Welle sie nicht mit nach vorn?: Die Teilchen schwingen um die Gleichgewichtslage. Die Welle trägt Energie, nicht Materie. Wie die „Welle“ im Stadion: die Leute stehen auf und setzen sich, laufen aber nicht über die Tribüne.
Welche wirkliche Welle ist zugleich transversal und longitudinal?: Die Oberflächenwelle auf Wasser: die Teilchen laufen auf einer Ellipse, es gibt eine transversale und eine longitudinale Komponente. Hier sind der Deutlichkeit halber zwei reine Typen getrennt.
Ändern Frequenz und Wellenlänge in diesem Modell die Geschwindigkeit?: Für ein gegebenes Medium ist die Geschwindigkeit konstant und durch die Eigenschaften des Mediums festgelegt. Frequenz und Wellenlänge hängen zusammen: v = fλ. Dispersion (Abhängigkeit der Geschwindigkeit von der Frequenz) gibt es hier nicht.

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