Schwingungen und Wellen

Zusammenfassung

Bei Schwingungen und Wellen finden periodische Zustandsänderungen statt, die mechanische Systeme (im festen, flüssigen und gasförmigen Zustand) und elektromagnetische Systeme erfassen können. Im allgemeinen Fall wird Energie zwischen Energiereservoirs periodisch hin- und herbewegt. Systeme, die zu einem solchen periodischen Energieaustausch fähig sind, werden Oszillatoren genannt. Bei mechanischen Schwingungen eines Feder-Masse-Systems (Federpendel oder mechanischer Oszillator) betrifft dies die potentielle Energie der Feder und die kinetische Energie der Masse und beim elektromagnetischen Schwingkreis die elektrische Energie des Kondensators und die magnetische Energie der Spule. Die Periodizität des Energieaustausches wird beschrieben durch die Schwingungsdauer T für einen Energieaustauschzyklus bzw. durch die Frequenz f, d. h. die Anzahl der Zyklen je Zeiteinheit. Es gilt der Zusammenhang

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(5-1)

Aus Bild 5-1 geht der Unterschied zwischen Schwingungen und Wellen hervor. Erfassen die periodischen Energieschwankungen nur einzelne schwingungsfähige Elemente, dann sind dies Schwingungen; werden dagegen von den Energieschwankungen eine Vielzahl elastisch oder quasielastisch aneinander gekoppelter Elemente erfaßt, so treten Wellen auf, bei denen sich die Energiezustände periodisch im Raum fortpflanzen.