Wellenrohr

Dem deutschen Physiker August Kundt (1839-1894) gelang es bereits im Jahr 1866 Schallwellen physisch darzustellen.

Wellenrohr

Das Kundtsche Staubrohr ermöglicht es, stehende Schallwellen in einem Glasrohr sichtbar zu machen. Das in dem Rohr enthaltene Korkmehl wird durch die intensive Schallwelle bewegt. Wird die Luft also in dem  Rohr in dessen Eigenresonanz in Schwingung versetzt, so bilden sich an festen Positionen entlang der Rohrlänge Schwingungsbäuche (mit stark bewegten Luftteilchen) und Schwingungsknoten (mit so gut wie nicht bewegten Luftteilchen). Das Korkmehl in dem  Rohr lagert sich an den Schwingungsknoten ab und lässt dadurch die stehende Schallwelle sichtbar werden.

Hier wurde das Korkmehl durch eine spezielle Flüssigkeit ersetzt.

Im Wellenrohr wird also die Bewegung der unsichtbaren Schallwellen in der Luft sichtbar gemacht. 

  1. Die von einem Lautsprecher erzeugte Schallwelle geht in das Rohr hinein.
  2. Am Ende wird sie von einer Platte, dem sogenannten Stempel, reflektiert.
  3. Die zurücklaufende Welle hat nur in bestimmten Frequenzbereichen eine sogenannte Gegenphase.
  4. Gleichzeitig müssen einlaufende und reflektierte  Welle nahezu die gleiche Intensität haben.
  5. Stimmen Intensität und ihre Phasenbeziehung überein, entsteht eine stehende Welle.

Dies geschieht bei unserem Experiment bei folgenden Frequenzbereichen:

  • 165 Hz - 90-100% Lautstärke
  • 330 Hz - 90-100% Lautstärke
  • 445 Hz - 90-100 % Lautstärke

Überlagerung von Wellen

Weitere Phänomene lassen sich beobachten, wenn sich mehrere Wellen überlagern.

Beispiel: Wirft man gleichzeitig zwei Steine ins Wasser, erkennt man, dass sich die entstehenden kreisförmigen Wellen durchdringen, ohne einander zu stören. Dies gilt für alle Arten von Wellen.

Wellen durchdringen einander, ohne sich in ihrer Ausbreitung zu stören.

Für den Fall einer Überlagerung von Wellen gleicher Frequenz gibt es einen Fachbegriff: Interferenz

Bei einer solchen Überlagerung bilden sich Bereiche der Verstärkung und der Abschwächung bzw. Auslöschung.

Das ergibt sich aus der Addition der Auslenkungen der einzelnen Wellen:

Verstärkung

Treffen zwei Wellenberge bzw. zwei Wellentäler aufeinander (zwei gleiche oder ähnliche Phasen), so bildet sich ein noch höherer Wellenberg bzw. ein noch tieferes Wellental – die Auslenkung wird also verstärkt.

Abschwächung bzw. Auslöschung

Trifft der Wellenberg einer Welle auf ein Wellental der anderen Welle (die Phasenverschiebung zwischen den Wellen beträgt dann ein ungeradzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge), kommt es zur Abschwächung – die positive und negative Auslenkung addieren sich. Sind die Amplituden gleich groß, so kommt es zur völligen Auslöschung.