Welleneigenschaften

Welleneigenschaften umfassen die grundlegenden Merkmale von Wellen: Wellenlänge, Frequenz, Ausbreitungsgeschwindigkeit, Amplitude und Phasenlage; die Form der Welle; bei elektromagnetischen Wellen zusätzlich der Polarisationszustand. Wellen können mechanisch oder elektromagnetisch sein und sich in Raum und Zeit ausbreiten, ohne Teilchen dauerhaft zu übertragen.

Wichtige Größenbeziehungen beschreiben, wie sich Wellen verhalten. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit v ergibt sich aus v = f λ, also dem Produkt aus Frequenz f und Wellenlänge λ. Die Periode T ist der Kehrwert der Frequenz (T = 1/f). Die Amplitude bestimmt oft die Energie, die von der Welle transportiert wird; bei elektromagnetischen Wellen fließt Energie durch den Poynting-Vektor. Das Medium beeinflusst v und λ, und der Brechungsindex n des Mediums beschreibt, wie Lichtgeschwindigkeit relativ zum Vakuum verlangsamt wird.

Zu den charakteristischen Phänomenen gehören Superposition und Interferenz, durch die sich Wellen konstruktiv oder destruktiv überlagern können. Beugung beschreibt die Ablenkung von Wellen um Hindernisse; der Dopplereffekt führt zu Frequenzänderungen bei bewegten Quellen oder Beobachtern. Dispersion bedeutet, dass verschiedene Frequenzen unterschiedlich schnell laufen, wodurch sich Wellenpakete ausbreiten oder zerlegt werden. Polarisation bezieht sich auf die Orientierung der Schwingung bei transversalen Wellen; manche Wellen besitzen diese Eigenschaft, andere nicht.

Beispiele für Welleneigenschaften finden sich in Optik (Licht), Akustik (Schall), Wasser- und seismischen Wellen. Das Verständnis dieser Eigenschaften ist grundlegend für Technologien wie Glasfasern, Lautsprecher, Ultraschallbildgebung und die Analyse von Wellenphänomenen in Natur und Technik.