Wellen & Schall
Laufende Welle auf Saite
Abspielen — beobachte y = A sin(kx − ωt); sondiere y(t) in der Saitenmitte.
Laufende Welle auf Saite — interaktive Wellen & Schall-Simulation. Abspielen — beobachte y = A sin(kx − ωt); sondiere y(t) in der Saitenmitte. Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Laufende Welle
Eine sinusförmige Störung läuft mit Geschwindigkeit v = √(T/μ) entlang einer Saite.
Jeder Punkt schwingt transversal, während sich das Muster entlang der Saite bewegt. Wellenzahl k und Kreisfrequenz ω sind durch die Dispersionsrelation einer Saite verknüpft.
- y = A sin(kx − ωt)
- v = √(T/μ)
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Fahrfrage
Eine Saite unter fester Spannung trägt eine Wanderwelle. Was passiert mit der Wellenlänge, wenn man es mit einer höheren Frequenz betreibt?
Vorhersagen zum Abwägen
- Die Wellenlänge wird kürzer – die Wellengeschwindigkeit bleibt konstant, sodass eine höhere Frequenz das Muster zusammendrückt.
- Die Wellenlänge wird bei höherer Frequenz länger.
- Die Wellenlänge ändert sich nicht mit der Frequenz.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Antriebsfrequenz f (Hz)
Was Sie messen:
- Wellengeschwindigkeit v (m/s)
- Wellenlänge λ (m)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie die Wanderwellen-Preset und drücken Sie Zurücksetzen. Die Spannung (120 N) und die lineare Dichte (0.01 kg/m) der Saite sind festgelegt.
- Aktivieren Sie die Wellenlängenanzeige an der Saite.
- Stellen Sie die Antriebsfrequenz für jeden Versuch ein und zeichnen Sie die Wellenlänge auf, sobald das Muster stabil ist.
Maßgebende Gleichung
Wellengeschwindigkeit auf einer Saite — v = √(T/μ)
Die Geschwindigkeit, mit der sich eine Transversalwelle entlang einer gespannten Saite ausbreitet, hängt nur von der Spannung und der Masse der Saite pro Längeneinheit ab – nicht von der Frequenz oder Amplitude.
Universelle Wellenbeziehung — v = f·λ
Für jede Welle gilt: Geschwindigkeit gleich Frequenz mal Wellenlänge. Da v durch die Saite festgelegt ist, zwingt eine Erhöhung von f die Wellenlänge λ, proportional zu schrumpfen.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie für einen Versuch v = √(T/μ) mit T = 120 N und μ = 0.01 kg/m, dann ist λ = v/f. Vergleichen Sie beides mit der Tabelle.
- Die Wellengeschwindigkeit ist in allen drei Versuchen gleich. Erklären Sie anhand von v = fλ, warum eine Verdopplung der Frequenz die Wellenlänge halbieren muss.
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Würde sich die Wellengeschwindigkeit erhöhen oder verringern, wenn man statt der Frequenz die Spannung der Saite erhöhen würde? Würde die Wellenlänge bei einer festen Frequenz länger oder kürzer werden?
- Die Geschwindigkeit einer Welle hängt vom Medium ab (hier Spannung und lineare Dichte) und nicht davon, wie schnell man die Saite schüttelt. Erklären Sie, warum Frequenz und Wellengeschwindigkeit unabhängige Größen sind, die Sie separat einstellen.
- AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
- IB Physics — C.2 Wave model
- General High School Physics — Waves & sound
- NGSS High School Physics — Wave properties
- Middle School Physical Science — Wave amplitude and energy
- Middle School Physical Science — Waves meeting materials
- Willkommen bei der laufenden Welle
- Saite auswählen
- Abspielen drücken
- Beobachte die Bewegung
- Inspektor öffnen
- Geschafft!
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.