Quantenphysik multimedial: Phase der Schallwelle

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Dieses Video zeigt, wie mit einer LED das Bild einer sich im Raum ausbreitenden Schallwelle aufgenommen werden kann.

Beschreibung

Um Schallwellen sichtbar zu machen, braucht es die sogenannte Phasendifferenz, also die Verschiebung des Zeigers, die sich aufgrund des Abstands vom Lautsprecher zum Mikrophon ergibt. Je weiter sich die Schallwelle vom Lautsprecher entfernt hat, desto länger ist sie unterwegs und desto stärker hat sich die Phase verschoben, relativ zur Ausgangsphase der Schallwelle beim Lautsprecher.

Mit einem einfachen Trick lässt sich diese Phasenverschiebung "einfrieren": Man kopiert das Ausgangssignal des Lautsprechers zu der Position von Lampe und Mikrophon, und addiert dieses zu dem Signal, welches das Mikrophon aufnimmt. Der Winkel zwischen den drehenden Rädern, also die Phasendifferenz, bleibt nun fest und ist auch bei der sich ausbreitenden Welle sozusagen eingefroren.

Die Lampe leuchtet nun bei steigendem Abstand periodisch hell und dunkel, je nach Phasendifferenz der beiden drehenden Räder. Im Minimum, also bei einer Phasenverschiebung von einer halben Wellenlänge, stehen die drehenden Räder gerade entgegengesetzt. Im Maximum, also bei einer ganzen Wellenlänge Phasenverschiebung, zeigen sie in dieselbe Richtung. Die Phasenverschiebung wächst kontinuierlich, sodass Hell und Dunkel sich im Abstand einer halben Wellenlänge der Schallwelle abwechseln. Wedelt man mit dem Stab nach oben und unten, kann man die Schallwelle im Raum abtasten und man erhält in der Langzeitbelichtung ein Abbild von Minima und Maxima der Schallwelle!

Projekt "Quantenspiegelungen"

Das hier vorgestellte Video ist Teil des Projektes "U2: Quantenspiegelungen" vom Institut für Didaktik der Physik der Universität Münster. Mathematisch fundierte Visualisierungen eröffnen Schritt für Schritt einen Zugang zu moderner Atomphysik – vom Wasserstoffatom bis zum Periodensystem der Elemente.

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In Kooperation mit

Institut für Didaktik der Physik - WWU Münster

Dieser Beitrag wird in Kooperation mit dem Institut für Didaktik der Physik der Universität Münster angeboten.

SCIENCeMOTION

Dieser Beitrag wird in Kooperation mit SCIENCeMOTION angeboten.