Phasengeschwindigkeit berechnen

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Die Phasengeschwindigkeit bezeichnet die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Wellenfronten der Welle bewegen. Bei Licht ist es die Lichtgeschwindigkeit und bei Schall ist es die Schallgeschwindigkeit, im jeweiligen Medium. Die Phasengeschwindigkeit wird auch Ausbreitungsgeschwindigkeit genannt und berechnet sich aus der Länge der Wellen, also aus der Strecke, welche zurückgelegt wird und der Dauer der Periode, der dazu benötigten Zeit. Durch Dispersion (Streuung) ist die Phasengeschwindigkeit in einem Medium abhängig von der Wellenlänge.

Ausbreitung gleicher Phasen

In vielen Bereichen ist allerdings die Schallgeschwindigkeit vieler Medien über weite Wellenlängenbereiche konstant. Die Phasengeschwindigkeit bezeichnet die Geschwindigkeit der Ausbreitung gleicher Phasen einer Welle, die sich monochromatisch verhält. Ist die Phasengeschwindigkeit ahängig von der Länge der Welle, werden die Wellen dispersiv genannt. Schallwellen hingegen verhalten sich nicht-dispersiv.

Dispersion

Bei Vorhandensein von Dispersion, also von Wellengruppen, welche aus Wellen unterschiedlicher Länge und somit auch unterschiedlicher Phasengeschwindigkeit bestehen, ist die Phasengeschwindigkeit von der Gruppengeschwindigkeit, der Ausbretungsgeschwindigkeit einer Wellenfront, der mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeit eines lokal begrenzten Wellenpaketes, sowie der Frontgeschwindigkeit zu unterscheiden. Die Phasengeschwindigkeit einer Welle bezeichnet die Geschwindigkeit, durch welche sich eine bestimmte Phase, beispielsweise ein Wellental oder ein Wellenberg fortbewegt. Allgemein gesagt versteht man unter der Phasengeschwindigkeit die Geschwindigkeit,durch den sich ein bestimmter Schwingungszustand ausbreitet. Dabei hängt diese Ausbreitungsgeschwindigkeit mit der Frequenz der Elemente der Schwingung, sowie auch mit der Wellenlänge zusammen. Im physikalischen Sinne hängt die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle von ihrer Kopplung und ihren Schwingungselementen ab. Das Medium ist aus diesem Grund von essenzieller Bedeutung.

Beispiel für Phasengeschwindigkeit

Am Beispiel der sogenannten „La Ola Welle“ kann verdeutlicht werden, von welchen Faktoren die Phasengeschwindigkeit abhängt, denn sie ist immer dann schnell, wenn der jeweilige Nachbar schnell reagiert. Die Reaktionszeit hängt zunächst nicht von der Höhe ab, in der die Arme bewegt werden und auch nicht von der Frequenz, in der die Arme bewegt werden. Für Schall bedeutet dies, dass laute Töne mit einer großen Amplitude genauso schnell wie leise Töne und hohe Töne mit einer hohen Frequenz genauso schnell sind, wie tiefe. Beim konzentrierten Hinhören allerdings kann festgestellt werden, dass die hohen Töne schneller sind, als die tiefen. Bei Donnergeräuschen oder dem Anschlag einer Feder aus Metall ist das besonders gut erkennbar. Dieser Effekt wird dann Dispersion genannt, welcher auch bei Lichtwellen auftreten kann.

Nutzung des Rechners in einzelnen Schritten

Mit Hilfe des Rechners kann die Phasengeschwindigkeit innerhalb weniger Augenblicke ganz unkompliziert berechnet werden. In das erste Kästchen wird zunächst der Wert der Wellenlänge (m) eingetragen. Im zweiten Schritt wird in das zweite Kästchen der Wert der Periode (s) eingegeben. Anhand dieser Werte kann der Rechner nun die Phasengeschwindigkeit ermitteln.