Welle
In der Physik bezeichnet Welle den Vorgang, dass eine örtliche Erregung, das heißt eine Abweichung vom Ruhezustand, sich räumlich ausbreitet, ohne dass Materie mittransportiert wird. Bei der Erregung kann es sich um örtliche Abweichungen des Drucks, der Dichte, der Höhe einer Wasseroberfläche, zeitliche Veränderung eines elektrischen oder magnetischen Felds usw. handeln. Die Ausbreitung kommt dadurch zustande, dass von jedem Ort aus die dort herrschende Erregung sich auf die nächste Umgebung dieses Ortes überträgt und von dort in gleicher Weise an die weiter angrenzende Umgebung weitergegeben wird und so fort. Dabei werden Energie und Impuls übertragen, aber keine Materie.
Man unterscheidet mechanische Wellen, die sich nur in einem materiellen Medium ausbreiten (z. B. Schallwellen, Wasserwellen, Wellen auf einem Seil) von Wellen, die sich auch im Vakuum ausbreiten können (z. B. elektromagnetische Wellen, Materiewellen, Gravitationswellen). Erfolgt die Anregung über längere Zeit in Form einer periodischen Schwingung, dann schwingen die Werte der Erregung an jedem Ort, den die Welle erreicht, mit der gleichen Frequenz, aber mit einer Phasenverzögerung, die längs der Ausbreitungsrichtung zunimmt. Die grafische Darstellung der Erregungswerte entlang der Ausbreitungsrichtung zeigt dann die typische mehr oder weniger sinusförmige Wellenlinie. Diese bewegt sich, als Ganzes und im Idealfall ohne Formänderung, mit der Phasengeschwindigkeit der Welle in Ausbreitungsrichtung durch den Raum.
Wellen, die aus verschiedenen Richtungen denselben Ort erreichen, überlagern sich dort, wobei sich im einfachsten Fall ihre jeweiligen momentanen Werte an diesem Ort addieren (lineare Superposition). Das kann zur Verstärkung oder Abschwächung der Erregung bis hin zur dauerhaften Auslöschung führen (konstruktive bzw. destruktive Interferenz). Im Bereich der Überlagerung kann sich ein Interferenzmuster bilden, das auch die Form einer stehenden Welle annehmen kann, bei der das Erregungsmuster periodisch schwingt, aber sich räumlich nicht fortbewegt.
- ↑ Für eine animierte Darstellung siehe z. B. ab Zeitpunkt 0:47.