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Leitprogramm Wellen Mechanische Wellen

Seil und Feder Anleitungen

Experimente mit Seil und Feder

(,,Kurzfassung") 1. Ausbreitung von Feder- und Seilwellen im Vergleich 1.1 Federwellen Die vorhandene Slinky-Feder wird leicht gedehnt auf einen Tisch oder den Boden gelegt und beide Enden werden festgehalten. Achtung: Die Feder darf nicht überdehnt werden!

Schicken Sie eine ,,Verdichtung" (= Stauchung) entlang der Feder.

Aufgabe 1: Beobachten Sie, wie sich die Verdichtung ausbreitet (ohne dabei auf auftretende Reflexionen einzugehen)! Aufgabe 2: Erklären Sie, weshalb es sich bei diesem Phänomen um eine Welle handelt! Inwiefern werden hier Schwingungen ausgeführt? (Nutzen Sie die Begriffe Linksbzw. Rechtsauslenkung!) Wie nennt man diese Art von Wellen? Wiederholen Sie den Versuch, indem Sie - eine ,,Verdünnung" (= Dehnung) (die Feder wird ruckartig nach Außen und wieder zurück bewegt.) - einen Wellenzug von einer Wellenlänge (Verdünnung mit anschließender Verdichtung) - eine fortlaufende Welle durch die Feder schicken. Aufgabe 3: Beschreiben Sie Ihre Beobachtungen (ohne dabei auf auftretende Reflexionen einzugehen)!

Nutzen Sie nun das Magnetrollengerät.

Aufgabe 4: Beobachten Sie, wie sich die Störung ausbreitet und beschreiben Sie die Bewegung, die ein Magnet ausführt! Weshalb handelt es sich hierbei tatsächlich nur um einen Modellversuch?

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2. Reflexion 2.1 Längswellen Das Magnetrollengerät wird auf eine gerade Fläche gestellt. Der letzte Magnet liegt an der Wand an. Der Abstand zwischen den Magneten ist konstant.

Lenken Sie den ersten Magneten aus und beobachten Sie, was am Ende der Schiene passiert! Aufgabe 1: Beschreiben Sie Ihre Beobachtungen! Tritt ein Phasensprung auf? Hinweis: Bei Longitudinalwellen spricht man von einem Phasensprung um , wenn sich eine Linksauslenkung in eine Rechtsauslenkung (und umgekehrt) verwandelt. In diesem Fall muss dann also eine Verdichtung als Verdichtung reflektiert werden. Aufgabe 2: Erklären Sie anhand einer Skizze, wie die Reflexion zustande kommt! Tipp: Zur Vereinfachung der Skizze ist es sinnvoll, die magnetischen Kräfte durch Federn darzustellen, die entsprechend komprimiert werden, wenn die Kräfte zunehmen. 2.2 Querwellen

Tipp: Diese Versuche lassen sich am einfachsten am Boden durchführen. Das Seil wird an beiden Enden festgehalten und leicht gespannt. Aufgabe 1: Schicken Sie einen Wellenberg oder ein Wellental am Seil entlang und beschreiben Sie Ihre Beobachtungen am festen Ende! Tritt ein Phasensprung auf?

An einem Ende des Seils wird eine Schlaufe aus Paketschnur befestigt. Durch diese Schlaufe wird eine Stativstange gehalten. Die Paketschnur muss für den folgenden Versuch leicht an der Stange entlang rutschen können, entsprechend locker muss das Seil gespannt sein. Aufgabe 2: Schicken Sie einen Wellenberg oder ein Wellental entlang der Feder und beschreiben Sie Ihre Beobachtungen am losen Ende! Tritt ein Phasensprung auf?

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3. Stehende Wellen Im Folgenden wird lediglich nach den Beobachtungen gefragt. Das Seil wird für die folgenden Versuche jeweils einmal auf den Boden gelegt und einmal in der Luft gehalten. Aufgabe 1: Erzeugen Sie durch aufeinander Zuschicken zweier kontinuierlich ausgelenkter Wellen so viele Oberschwingungen wie möglich! Hinweis: Beide Seiten müssen mit derselben Frequenz angeregt werden. Aufgabe 2: Erzeugen Sie durch Reflexion am festen und am losen Ende so viele Oberschwingungen wie möglich!

4. Polarisation

Fragen: Bei welchen Wellen tritt Polarisation auf? Was ist Polarisation? Auf welche drei Arten kann eine Welle polarisiert sein? Das Seil wird an beiden Enden in der Luft gehalten. Aufgabe 1: Erzeugen Sie Wellen, die - vertikal polarisiert - horizontal polarisiert schräg, also unter einem Winkel 0 < <

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- zirkular polarisiert - elliptisch polarisiert - unpolarisiert sind! Das Seil wird durch den ,,Polarisator" aus Brettern geführt und an beiden Enden in der Luft gehalten. Der ,,Polarisator" wird mit der kurzen Seite auf den Boden gestellt und von einer weiteren Person gehalten.

Aufgabe 2: Erzeugen Sie wie in Aufgabe 1 nacheinander unterschiedlich polarisierte Wellen. Beobachten Sie, ob und wie sie sich hinter dem Polarisator verändern und erklären Sie warum!

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