Kann mir Jemand bei folgender Physikaufgabe helfen?
„Wellenbäder sind beliebte Freizeiteinrichtungen. Die Wellen werden durch eine Wellenmaschine erzeugt. Erläutere an diesem Beispiel, dass mit mechanischen Wellen zwar Energie, aber kein Stoff transportiert wird!“
2 Antworten
Die Wellen werden erzeugt, indem ein fester Körper, auch eine Membran mit fester Oberfläche, im Wasser schwingt. Dabei verdrängt er Wasser, das bei der Rückwärtsbewegung wieder an seinen Ursprungsort zurückkehrt, also nicht dauerhaft fortbewegt wird. Das Wasser führt also ebenfalls eine Schwingung aus. Es ist mit dem Wasser in seiner Nachbarschaft durch mechanische Kräfte (z.B. Kohäsion, Zähigkeit, Verdrängung, Schwere) verbunden. Dadurch wird auch dieses Wasser in Schwingung versetzt. Die Schwingung setzt sich also in der Umgebung ihres Ursprungsorts fort. Das nennt man Welle. Da die Teilchen, die diese Welle transportieren, ihren Ort nicht verändern (nur um ihr Zentrum schwingen), findet kein Materialtransport statt. Jedoch werden Teilchen, die vorher in Ruhe waren, durch diese Art der Schwingungsfortpflanzung in Schwingung versetzt, bekommen also Energie übertragen. So findet mit der Welle eine Energieübertragung statt. Ein einfaches (eindimensionales) Modell davon erhält man, wenn man Pendel auf einer Geraden aufstellt und so miteinander koppelt, daß ein Teil ihrer Schwingungsenergie zum Nachbarpendel übertragen wird. Das kann z.B. dadurch geschehen, daß die Pendel sich in enem Abstand befinden, indem sie sich gegenseitig anstoßen können, wenn sie in Richtung der Geraden schwingen. Wird das erste Pendel so in Schwingung versetzt, daß es an das Nachbarpendel anstößt, gibt es seine Energie teilweise dorthin ab. Der Vorgang geht von Pendel zu Pendel weiter. Jedes Pendel, das vorher in Ruhe war und dann schwingt, hat also Energie aufgenommen, auch das letzte in der Kette. Trotzdem hat das erste Pendel (und alle folgenden) seinen Standort nicht verlassen.
Kein Stofftransport: wasser bleibt im Becken!
Energietransport: es ist anstrengender darin zu schwimmen als ohne die Wellen!