Wellenmuster zeichnen

2. Zwillingswasserwanzen Jimminy und Johnny schaffen beide eine Reihe von kreisförmigen Wellen, indem sie ihre Beine im Wasser wackeln. Die Wellen werden interfereniert und erzeugen das Muster, das im Diagramm rechts dargestellt wird. Die dicken Linien im Diagramm stellen Wellenkämme und die dünnen Linien Wellentröge dar. Mehrere Positionen im Wasser sind mit einem Buchstaben gekennzeichnet. Kategorisieren Sie jede beschriftete Position als eine Position, in der konstruktive oder destruktive Interferenzen auftreten. Zerstörerische Interferenzen sind eine Art von Interferenz, die an jeder Stelle entlang des Mediums auftritt, wo die beiden störenden Wellen eine Verschiebung in die entgegengesetzte Richtung haben. Wenn z. B. ein Sinusimpuls mit einer maximalen Verschiebung von +1 Einheit auf einen Sinusimpuls mit einer maximalen Verschiebung von -1 Einheit trifft, kommt es zu zerstörerischen Interferenzen.

Dies ist im Diagramm unten dargestellt. Im obigen Diagramm weisen die störenden Impulse die gleiche maximale Verschiebung auf, jedoch in entgegengesetzte Richtungen. Das Ergebnis ist, dass sich die beiden Impulse völlig zerstören, wenn sie vollständig überlappend sind. Im Moment der vollständigen Überlappung gibt es keine resultierende Verschiebung der Teilchen des Mediums. Diese “Zerstörung” ist kein Dauerzustand. Tatsächlich kann es teilweise irreführend sein zu sagen, dass sich die beiden Wellen gegenseitig zerstören. Wenn gesagt wird, dass die beiden Impulse einander zerstören, bedeutet dies, dass bei Überlappung die Wirkung eines der Impulse auf die Verschiebung eines bestimmten Teilchens des Mediums durch die Wirkung des anderen Impulses zerstört oder aufgehoben wird. Erinnern Sie sich aus Lektion 1, dass Wellen Energie durch ein Medium transportieren, indem jedes einzelne Teilchen an seinem nächsten Nachbarn zieht. Wenn sich zwei Impulse mit entgegengesetzten Verschiebungen (d.h. ein nach oben und der andere nach unten verschobener) Impuls an einer bestimmten Stelle treffen, wird der Aufwärtszug eines Impulses durch den Abwärtszug des anderen Impulses ausgeglichen (abgebrochen oder zerstört). Sobald die beiden Impulse durcheinander gehen, gibt es immer noch einen nach oben verschobenen Impuls und einen nach unten verschobenen Impuls, der in die gleiche Richtung geht, in die sie vor der Interferenz gingen. Zerstörerische Interferenzen führen nur zu einem momentanen Zustand, in dem die Verschiebung des Mediums kleiner ist als die Verschiebung der größten Amplitudenwelle.

In Wirklichkeit erfordert die Aufgabe, die vollständige Form des gesamten Mediums während der Interferenz zu bestimmen, dass das Prinzip der Überlagerung für jeden Punkt (oder fast jeden Punkt) entlang des Mediums angewendet wird. Betrachten Sie als Beispiel für die Komplexität dieser Aufgabe die beiden störenden Wellen auf der rechten Seite. Eine Momentaufnahme der Form jeder einzelnen Welle zu einem bestimmten Zeitpunkt wird angezeigt. Um die genaue Form des Mediums zu diesem gegebenen Zeitpunkt zu bestimmen, muss das Prinzip der Überlagerung auf mehrere Positionen entlang des Mediums angewendet werden. Ein kurzer Schnitt beinhaltet die Messung der Verschiebung aus dem Gleichgewicht an einigen strategischen Standorten. So wurden etwa 20 Standorte ausgewählt und als A, B, C, D usw. gekennzeichnet. Die tatsächliche Verschiebung jeder einzelnen Welle kann durch Messen von der Gleichgewichtsposition bis zur jeweiligen Welle gezählt werden.