Quer- und Längswellen

Schüler 89 · Gast

ich habe mal zwei fragen.
in einem physikbuch steht, dass querwellen sich nur in festen medien ausbreiten können. in dem selben buch steht aber auch, dass wasserwellen querwellen sind. soweit ich weiß ist wasser eine flüssigkeit. wiedersprechen sich die zwei aussagen nicht?

dann wollte ich noch wissen welche wellen bei einem erdebeben für eine stadt gefährlicher sind. quer- oder längswellen? ich dachte an längswellen, weil sie die wolkenkratzer sozusagen wegziehen, anstatt nur auf- und ab "bewegen".

MrPSI · Gast

mit "festen Medien" meint man wohl nicht nur Festkörper, sondern Materie schlechthin.

Deinem 2. Punkt stimme ich auch zu.

Naemi · Moderator Anmeldungsdatum: 01.06.2004 Beiträge: 497 Wohnort: Bonn

querwellen (also Dichtewellen) brauchen ein Fortpflanzungsmedium, d.h. ein Material, bei den die Atome/Moleküle/Schwinger aneinander gekoppelt sind. Das funktionert in Festkörpern und Flüssigkeiten gut, aber z.B. in Gasen stelle ich mir das schwierig vor. Transversalwellen (also Längswellen) brauchen nicht zwingend ein Medium (z.B. Licht im Vakuum).

Unter gleichen Bedingungen sind Longitudinalwellen schneller als Transversalwellen.

Wasserwellen sind übrigens ziemlich kompliziert. Wenn ich es richtig im Kopf habe, treten dort beide Wellentypen auf -- die Oberflächenwellen sind aber Transversalwellen (da Geschwindigkeit senkrecht zur Auslenkung).

Zu Erdbeben schau mal hier:

http://de.wikipedia.org/wiki/Erdbebenwellen

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5787 Wohnort: Heidelberg

Hallo!

Ich habe da noch eine ganz andere Vermutung: In diesem Buch geht es nur um Wellen, die in Form von Schwingungen von Materie ausgeprägt sind. Es handelt sich also anscheinend nur um Schallwellen.
Wenn ich mir einen Festkörper z. B. in Form eines Gitters vorstelle, dann einen Baustein des Gitters (also etwa ein Atom) z. B. nach rechts auslenke, dann erfahren alle Nachbarn eine Kraft. Das/die Atom(e) rechts davon wird auch weg gedrückt, also nach rechts, genau so wird das links davon nach rechts gezogen, aber auch die oben und unten drunter erfahren eine Kraft nach rechts, weil die ja alle über das Gitter miteinander verbunden sind.
Nur wenn die benachbarten Schichten in senkrechter Richtung zur Auslenkung auch mit der ausgelenkten Schicht gekoppelt sind, können Querwellen (Transversalwellen) sich ausbreiten.
Bei einem Gas und auch bei Flüssigkeiten kann man aber eine "Schicht von Teilchen" einfach verschieben, ohne dass es die Schichten oben und unten drunter mitbekommen (mal abgesehen von Viskosität und so. Ich denke die ist aber zu schwach für eine richtige Wellenausbreitung, oder?). Im Allgemeinen hat man in Gasen und auch Flüssigkeiten nur Longitudinalwellen (Längswellen). Bei Festkörpern habe ich auch einen Elastizitäts-Tensor. Wenn ich also einen Festkörperwürfel betrachte und eine Kraft parallel zu einer Oberfläche ausübe, wird der eine Gegenkraft erzeugen und sich (erstmal elastisch) verformen, wenn er an den anderen Seiten festgehalten wird natürlich nur. Wenn ich das mit Gas oder Flüssigkeiten mache, dann gibt es keine Gegenkraft. Es würde höchstens eine Strömung entstehen, aber keine elastischen Spannungen.
Jetzt habe ich einen anderen Versuchsaufbau, bei dem ich Wasser in einem See, oder einem Becken habe und die Wellen betrachte, die an der Grenzfläche zwischen Wasser und Luft sich ausbilden. Da werden die Wasserteilchen durch die Schwerkraft auf eine "Nulllinie" gezogen (Rückstellkraft). An der Oberfläche entstehen also Schwingungen, die nach oben und unten gehen, während sich die Welle waagerecht ausbreitet. Allerdings ist das so weit ich weiß nicht ganz richtig. In den Wellenbergen kommt es zu einer Art Kreisbewegung und ab einer bestimmten Tiefe sogar wieder zu einer entgegengesetzt gerichteten Kreisbewegung und so weiter. Ich habe mal in einem Seminarvortrag was über Oberflächenwellen (Rayleigh-Wellen) gehört (hauptsächlich bei Festkörpern allerdings, deshalb weiß ich nicht sicher, ob man das auf Wasserwellen so einfach übertragen kann, war halt ein Festkörperseminar...) und ich muß sagen: Das ist eine wirklich sehr komplizierte Sache! Also ich würde sagen, dass man Wasserwellen nur in sehr vereinfachter Form als transversale Wellen interpretieren kann. Und das auch nur, weil sie sich an der Grenzfläche zwischen Wasser und Luft ausbilden. Im Wasser selbst gibt es nur longitudinale Wellen!
Ich kenne mich damit aber auch nicht so recht aus. Vielleicht weiß das noch jemand besser? Kannst Du nochmal genau in dem Buch nachschauen, ob das mit meiner Erklärung vielleicht so einigermaßen übereinstimmen kann? Welches Buch ist das eigentlich?

Gruß
Marco

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ah, einverstanden, so macht das Sinn!

Nur bei festen Medien sorgt die Kopplung der Teilchen untereinander für eine transversale Rückstellkraft. Also sind transversale Schallwellen nur in festen Medien möglich. In Flüssigkeiten und Gasen dagegen gibt es nur Kompressionswellen, also longitudinale Schallwellen.

Und Wasserwellen sind in der Tat keine wirklichen transversalen Wellen, sondern haben, wie Marco richtig sagt, mit Kreisströmungen zu tun. Ein schönes bewegtes Bild dazu findet man dort:

http://de.wikipedia.org/wiki/Wasserwelle#Struktur_und_Eigenschaften

Schüler 89 · Gast

das buch heißt "Impulse Physik 2" und ist vom klett-verlag. Rayleigh-Wellen werden dort nur kurz erwähnt. "... Rayleigh-Wellen, die sich-vergleichbar mit den Wellen an der Wasseroberfläche-auf der Erdoberfläche ausbreiten.
auf jeden fall ist das buch nicht sehr empfehlenswert, da dort häufig sachen gesagt werden, die sie nicht begründen.

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5787 Wohnort: Heidelberg

Naemi · Moderator Anmeldungsdatum: 01.06.2004 Beiträge: 497 Wohnort: Bonn

Argh! Fehler, Fehler, Fehler!

Natürlich gibt es Dichtewellen in Gasen (Schall), nur das mit den Transversalwellen ist dort nicht zu machen.

Was as_string über die Wasserwellen sagt ist uch richtig -- und diese Raleighwellen treten wohl auch bei Erdbeben auf (nicht nur auf dem Wasser).

Schüler 89 · Gast

das buch heißt genau so. am besten ich sag dir die ISBN: 3-12-772500-0

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5787 Wohnort: Heidelberg

Ah, gut! Bei Amazon heißt das komplett dann:
"Impulse Physik 2, Schülerband Klasse 11-13, Gesamtband"
Mal sehen, ob ich nachher noch in die Stadt komme. Dann schau' ich mir das mal kurz an. Ist das eigentlich Euer Schulbuch, das Ihr auch ganz normal im Unterricht verwendet, oder hast Du das unabhängig von der Schule?

Gruß
Marco