Physik-LK · Skript 2 · Wellen

Huygenssches Prinzip

Jeder Punkt einer Wellenfront ist Ausgangspunkt einer kreisförmigen Elementarwelle, die sich mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Wellenträgers ausbreitet. Die neue Wellenfront ist die gemeinsame Einhüllende aller Elementarwellen. Mit dieser einen Regel konstruierst du hier die freie Ausbreitung, die Reflexion, die Brechung und die Beugung.

So gehst du vor

1Wähle einen Fall. Die Zeitlupe läuft sofort, „Pause“ hält sie an.
2Freie Ausbreitung: Ziehe die rote Front. Die Elementarwellen wachsen mit, ihre Einhüllende ist die neue Front.
3Reflexion und Brechung: Ziehe den blauen Punkt, um α₁ zu ändern, und den schwarzen Punkt auf der Grenzfläche, um die Front Schritt für Schritt einlaufen zu lassen.
4Beugung: Ziehe die Kanten der Öffnung und ändere die Wellenlänge. Vergleiche die Breite b mit λ.

Elementarwellen laufen auch rückwärts. Die Regel nimmt aber nur die vordere Einhüllende: Eine Welle läuft nicht von selbst zurück.

Fall

Form der Front

Zahl der Elementarwellen

Rechnung

Alle Elementarwellen haben nach der Zeit t denselben Radius r = c · t. Die neue Front liegt deshalb überall um r vor der alten.

Aufträge

Freie Ausbreitung, gerade Front: Stelle 3 Elementarwellen ein und erhöhe dann auf 25. Was ändert sich an der Einhüllenden, was nicht? Wähle danach die kreisförmige Front. Welche Form hat die neue Front?
Reflexion: Stelle α₁ = 30° ein, halte an und ziehe den schwarzen Punkt langsam nach rechts. Erkläre mit den Radien der Elementarwellen, warum die reflektierte Front unter demselben Winkel abläuft.
Brechung: Stelle das Skriptbeispiel ein: α₁ = 40° und c₂ : c₁ = 0,625. Berechne α₂ und vergleiche. Wie groß ist λ₂ bei λ₁ = 2,0 cm?
Lass c₂ : c₁ = 0,8 und miss α₂ für α₁ = 20°, 40° und 60°. Zeige, dass nicht das Verhältnis der Winkel, sondern das der Sinuswerte fest ist.
Stelle c₂ : c₁ = 1,4 ein und erhöhe α₁ langsam. Ab welchem Winkel gibt es keine gebrochene Welle mehr? Erkläre mit den Elementarwellen.
Beugung: Stelle λ = 2,0 cm ein und verkleinere b von 12 cm auf 2 cm. Beschreibe, was hinter der Öffnung geschieht. Erkläre damit: Man hört Musik um die Hausecke, sieht aber nicht um die Ecke.