Stehende Welle
Physik
Definition
Als stehend bezeichnet man eine Welle, bei der die einzelnen Oszillatoren untereinander verschiedene Amplituden haben und es Ort gibt, an denen die Oszillatoren gar keine Amplitude haben, die sogenannten Wellenknoten, sowie andere Oszillatoren eine maximale Amplitude haben, das sind die Wellenbäuche. Allgemein gilt: der Abstand zweier Wellenknoten oder zweier Wellenbäuche ist die halbe Wellenlänge der ursprünglichen fortschreitenden Wellen.
Entstehung einer stehenden Welle in fließenden Medien
Fließt Wasser einen Bach herunter, kann an Hindernissen eine Welle erzeugt werden. Diese Welle kann entgegen der Fließrichtung des Wassers wandern. Sind die Geschwindigkeit dieser Welle im Medium und das Medium vom Betrag her gleich schnell, dann heben sich die zwei entgegengesetzten Bewegungen sozusagen auf und die Welle scheint über Grund still zu stehen. Man hat dann eine stehende Welle. Im Urlaub am Meer kann man das Phänomen zum Beispiel an Prielen beobachten, bei denen das Wasser Richtung Meer ausläuft, wenn dann gleichzeitig vom Meer her Wellen in den Priel einlaufen, kommt es bei gleicher aber entgegengesetzter Geschwindigkeit zu einer stehenden Welle. Ein guter Beobachtungsort für dieses Phänomen ist eine Strandrinne ↗
Entstehung einer stehenden Welle durch Reflexion
Eine stehende Welle kann dadurch erzeugt werden, dass man eine Welle an einem Hindernis reflektiert. Sie läuft dann den Weg zurück, über den sie auch gekommen ist. Finden dort weiter die Schwingungen Richtung Hindernis statt, interferiert die reflektierte Welle mit den weiter auf das Hindernis zulaufenden Welle.
Entstehung durch zwei Erreger
Man kann stehende Wellen auch mit Hilfe von zwei Erregern erzeugen. Auf einer glatten Wasserobefläche, gedanklich unendlich groß, könnte man mit zwei Fingern im Abstand von zum Beispiel 20 Zentimetern synchron ins Wasser tippen. Dadurch entstehen zwei Einzelwellen, die sich zwischen den Fingern zu einer stehenden Welle überlagern.
Stehende Wellen zwischen zwei Reflektoren
Man kann auch versuchen, eine stehende Welle zwischen zwei Reflektoren herzustellen, etwa in einem Wasserkanal mit einer reflektierenden Wand am Anfang und am Ende. Dabei kommen aber nur dann stehende Wellen zustande, wenn die Wellenlänge der Welle den richtigen Wert hat. Nicht jede Wellenlänge führt zu einer stehenden Welle. Das klassische Beispiel ist die Kundtsche Röhre ↗
Stehende Wellen als Superposition
Addiert man zwei Wellen, bei denen sich die jeweiligen Wellenberge gut sichtbar im Raum fortbewegen, so kann die addierte Welle eine sogenannte stehende Welle sein. Man sieht dann keine wandernden Wellenberge (oder Wellentäler) mehr sondern stattdessen Orte an denen die Welle einen maximalen Ausschlag hat (eine maximale Amplitude) und andere Orte, an denen man gar keinen Ausschlag beobachtet. Siehe mehr zur Idee der Überlagerung von Wellen im Artikel zur Superposition ↗
Stehende Wellen und Atomorbitale
In der Quantenphysik modelliert man Materieteilchen wie Elektronen in Atomen unter anderem über stehende Wellen. Dabei geht man heute nicht davon aus, dass es im Atom eine wirklich schwingende Welle gibt. Die Wellen werden mit mehr als drei Dimensionen gedacht und dienen vor allem als Rechenmodell für die Bestimmung der Wahrscheinlichkeiten, mit denen sich Elektronen in bestimmten Raumbereichen aufhalten.[3] Bereiche in denen Elektronen eine hohe Aufenthaltswahrscheinlichkeit haben sind die Bäuche dieser Wellen. Sie entsprechen einem Atomorbital ↗
Fußnoten
- [1] "Überlagern sich zwei gegenläufige Wellen derselben Frequenz, so kommt es zur Ausbildung stehender Wellen." In: der Artikel "Interferenz". Spektrum Lexikon der Physik. Stand 20. September 2024. Siehe auch Interferenz ↗
- [2] Zu stehenden Wellen heißt es: "Diese zeichnen sich durch die Existenz von Schwingungsknoten, an denen die Amplitude stets Null ist (vollständige Auslöschung), und dazwischenliegenden Schwingungsbäuchen (maximale Verstärkung) aus." In: der Artikel "Interferenz". Spektrum Lexikon der Physik. Stand 20. September 2024. Siehe auch Wellenknoten ↗
- [3] Stehende Wellen und Atomorbitale: "Physikalische Experimente (Elektronenbeugung, C OMPTON-Streuung elektromagnetischer Strahlung an Elektronen)
Ψ selbst keine anschauliche Bedeutung hat, beschreibt ihr Quadrat,Ψ², den Raum um den Atomkern, in dem sich das Elektron mit größter Wahrscheinlichkeit aufhält. Dieser durch Ψ² beschriebene "Aufenthaltsraum" eines Elektrons wird als Atomorbital bezeichnet." In: Prüfungstraining Organische Chemie, 1. Auflage. Eberhard Breitmaier. © 2024 Wiley-VCH GmbH. Dort das Kapital "Atomorbitale, Elektronenzustände" auf Seite 8. Siehe auch Atomorbital ↗
