Stehende Welle: Das physikalische Phänomen einfach erklärt

Eine stehende Welle kann uns in verschiedenen Alltagssituationen begegnen. So zum Beispiel bei einer Saite, einer Luftsäule oder auf einer Wasseroberfläche.

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Stehende Welle: Was ist das?

Eine stehende Welle ist ein physikalisches Phänomen, das auftritt, wenn sich zwei Wellen gleicher Frequenz und Amplitude, aber entgegengesetzter Ausbreitungsrichtung überlagern.

Ausgangspunkt: Bei einer stehenden Welle treffen zwei identische Wellen, die in entgegengesetzte Richtungen laufen, aufeinander.
Interferenz: Die beiden Wellen interferieren miteinander. An bestimmten Punkten, den sogenannten Knoten, löschen sie sich durch destruktive Interferenz komplett aus. An anderen Punkten, den sogenannten Bäuchen, verstärken sie sich maximal durch eine konstruktive Interferenz. Hier addieren sich die Amplituden der Wellen und bilden so die größten Ausschläge.
Ergebnis: Die stehende Welle meint also die Orte mit den maximalen Bäuchen. Diese haben zwischen sich die Knoten-Orte. Die Positionen der Knoten und Bäuche sind fest im Raum Die Welle selbst scheint in diesem Moment zu „stehen“, obwohl Energie durch das Medium transportiert wird.

graph of wave signals on tablet graph of different wave signals on a digital tablet with a cup of tea Copyright: xZoonar.com MarekxUliaszx 10622191 — Bei einer stehenden Welle interferieren Wellen miteinander. imago images / Zoonar

Hier können Sie stehende Wellen im Alltag beobachten

Stehende Wellen sind vor allem wichtig in vielen Bereichen der Physik und Technik, aber auch in Ihrem Alltag treffen Sie öfter auf dieses Phänomen, als Sie vielleicht denken.

Ein Beispiel ist die Battle-Rope-Übung im Fitnessstudio. Sie erzeugen durch das Auf- und Abschwingen des Seils Wellen, die von Ihnen weg zum festen Endpunkt des Seils laufen, meist zur Wand. Dort angekommen werden die Wellen reflektiert und laufen zurück zu Ihnen. Dabei überlagern sich die erzeugten Wellen. An manchen Punkten des Seils interferieren sie konstruktiv, an anderen destruktiv. Das Ergebnis ist eine stehende Welle, bei der die Knotenpunkte und die Bäuche an festen Positionen entlang des Seils erscheinen.
Auch bei einer Gitarre können Sie das Phänomen der stehenden Welle beobachten. Wenn Sie eine Gitarrensaite zupfen, entsteht eine Welle, die sich entlang der Saite ausbreitet und an den Enden reflektiert wird. Die reflektierten Wellen interferieren mit den neuen Wellen, die von der schwingenden Saite erzeugt werden. Die Interferenz führt dazu, dass sich an bestimmten Punkten Knoten, also Punkte ohne Bewegung, und Bäuche, d.h. Punkte maximaler Bewegung, bilden. Die Anzahl der Bäuche und Knoten bestimmt die Klangfarbe des von der Gitarre erzeugten Tons.
In einem Mikrowellenherd entstehen ebenfalls stehende Wellen durch die Interaktion von Mikrowellen. Durch ein Bauteil namens Magnetron werden die Wellen in den Garraum geleitet und breiten sich dort aus. Die Metallwände des Mikrowellenherdes reflektieren die Mikrowellen mehrfach, wodurch sich diese in verschiedene Richtungen ausbreiten. Wenn sich die Mikrowellen überlagern, kommt es zu Interferenzmustern mit Bäuchen und Knoten, also zu einer stehenden Welle. Die Bereiche, an denen die Bäuche der stehenden Wellen auftreten, schwingen die Moleküle in der Nahrung schneller. Dadurch erhöht sich die Temperatur der Nahrung.

Probieren Sie die stehende Welle mit dem Battle-Rope

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