Aufgabensammlung-Wellen

Aufgabensammlung Physik 13 Teil 2
-------------------------- mechanische Wellen ----------------------------
1. Zählen Sie Voraussetzungen für mechanische Wellen auf.
2. Stellen Sie die physikalischen Beschreibungsgrößen Wellenlänge, Periodendauer und Amplitude im Diagramm dar.
3. Unterteilen Sie Wellenarten hinsichtlich der Bewegung der Oszillatoren und ordnen Sie Beispiele zu.
4. Berechnen Sie die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle mit einer Wellenlänge von
1,5 m und einer Periodendauer von 5 ns.
5. In einem See beobachten Sie den Wellengang. In einer Minute zählen Sie 10 Wellen, die Sie
erreichen. Der Abstand von zwei Wellenbergen beträgt etwa 12m. Wie groß ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen?
6. Leiten Sie die Wellengleichung für eindimensionale harmonische Wellen aus der Schwingungsgleichung her.
7. Woran kann man die Ausbreitungsrichtung in der Wellengleichung ablesen? Begründen Sie.
8. Die Auslenkung einer Welle wird durch den Term: y(t;x) = 2 cm · sin2π (
t
x
−
) be8 s 20 cm
schrieben. (Hinweis: φ im Bogenmaß => TR auf rad!)
a) Berechnen Sie die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle in m/s.
b) Berechnen Sie die Elongation für t = 40 s und x = 50 cm.
c) Bewegt sich die Welle nach links (-x) oder nach rechts (+x)?
9. Eine andere Welle wird durch die Gleichung y(t;x) = 0,26m · sin π (t/s−3,7· x/m) beschrieben. (s … Sekunde, m … Meter) Berechnen Sie die Auslenkung für t = 38s und x = 13m.
10.Ein Oszillator einer Transversalwelle schwingt gemäß der Gleichung y(t) = 5 cm · sin(ω·t)
mit T = 2 s. Die Welle breitet sich mit 2 m/s linear aus.
a) Ermitteln Sie die Amplitude, die Frequenz und die Wellenlänge der Welle.
b) Formulieren Sie für diese Welle die Wellengleichung.
c) Stellen Sie diese Welle in einem y-t-Diagramm und in einem y-x-Diagramm dar.
11. Erklären Sie das Phänomen Reflexion mit dem Huygens´sche Prinzip mit geeigneter Skizze.
12.Treffen Sie eine Aussage über die Amplitude bei der Überlagerung von Wellen. Erläutern
Sie den Begriff konstruktive Interferenz.
13.Wie lauten die Bedingungen für eine destruktive Interferenz von zwei Wellen?
14.Zwei Schallquellen A und B befinden sich im Abstand x voneinander und senden ein sinusförmiges Signal gleicher Frequenz und Phase aus. Die Wellenlänge beträgt 5 cm. Von A aus
befindet sich zu B im rechten Winkel in 2 m Abstand ein Punkt C.
Geben Sie an, bei welchem Wert von x ein Lautstärkemaximum in C für n=3 auftritt.
15.Beschreiben Sie das Verhalten einer Seilwelle, wenn das Ende fest eingespannt ist. Nennen
Sie den Fachbegriff für diese Welle und die Besonderheit, die sich dabei ergibt.
16.Eine Erdbebenwelle breitet sich mit 6,4 km/s in einer Gesteinsschicht aus. Sie trifft unter einem Winkel von 20° zum Lot auf eine zweite andere Gesteinsschicht, dadurch wird die Welle in einem Winkel von 24° zum Lot gebrochen.
a) Berechnen Sie die Geschwindigkeit der Welle in der zweiten Schicht.
b) Ändert sich dabei die Frequenz der Welle? Begründen Sie!
17.Eine Schallwelle trifft bei 20°C mit der Geschwindigkeit von 343 m/s auf eine 0°C kalte
Luftschicht, in der sich der Schall nur noch mit 331 m/s ausbreitet.
Berechnen Sie den Grenzwinkel der Totalreflexion.
18.Der Mensch kann Schallfrequenzen im Frequenzbereich von 20Hz bis 20kHz wahrnehmen.
Berechnen Sie die Wellenlängen für eine Ausbreitungsgeschwindigkeit von 343 m/s.
19.Beschreiben Sie die Bestimmung der Frequenz einer Schallwelle mit dem Kundtschen Rohr.
20.Ein Schallereignis verursacht einen Schalldruck von 5Pa. Bestimmen Sie den Schalldruckpegel und ziehen Sie Schlüsse hinsichtlich der Lautstärke des Signals.

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