Wellenausbreitung

Wellenausbreitung bezeichnet die räumliche Ausbreitung von Wellenformen durch ein Medium oder durch das Vakuum. Sie umfasst mechanische Wellen wie Schall, Wasserwellen und Seismik sowie elektromagnetische Wellen wie Licht, Radiowellen und Mikrowellen. Die Beschreibung erfolgt oft über die Wellen equation, wobei zentrale Größen Frequenz f, Wellenlänge λ und Ausbreitungsgeschwindigkeit v sind. In der Regel gilt v = f·λ, wobei sich die Werte je nach Medium unterscheiden. Unterschiede in Polarisation, Amplitude und Geschwindigkeit prägen das Verhalten der Welle.

Bei der Ausbreitung an Grenzflächen treten Reflexion, Transmission, Brechung und Beugung auf. Medienungleichheiten führen zu Änderungen der Richtung und des Tempos der Welle; bei Dispersion besitzen unterschiedliche Frequenzen unterschiedliche Geschwindigkeiten, wodurch sich Gruppen- und Phasengeschwindigkeit unterscheiden können. Dämpfung, Absorption und Streuung verringern die Amplitude während der Ausbreitung. Eigenschaften wie Impedanz und der Brechungsindex beschreiben, wie Wellen in verschiedenen Materialien weiterlaufen oder teilweise übertragen werden.

Anwendungen und Phänomene der Wellenausbreitung reichen von Akustik und Optik bis zur Funktechnik und Geophysik. Beispiele sind Schallausbreitung in Luft oder Wasser, Lichtausbreitung durch Glasfasern oder Luft, sowie die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in der Atmosphäre. Technische Anwendungen umfassen Ultraschall in der Medizin, Glasfaserkabelkommunikation und Antennensysteme. Grundlegende Konzepte wie Superposition, Interferenz, Reflektion und Dispersion prägen das Verständnis der Wellenausbreitung in verschiedensten Kontexten.