Wellenphänomene der Mechanik - arthur

Ergänzung & Ausblick
Gekoppelte Pendel sind nicht nur ein Phänomen der Physik. Sie treten auch in
der Biologie und Medizin auf. Eine zunächst vollkommen unkoordinierte Bewegung
vieler einzelner Oszillatoren beginnt durch scheinbare Absprache plötzlich
mit einem gemeinsamen Rhythmus zu schwingen. Ein Beispiel dafür sind die Zellen
des Sinusknoten im Herzen, die synchrone elektrische Impulse aussenden, die
zur Kontraktion der Herzmuskel führen (Abb. 20.1). Für die Entwicklung effizienter
Herzschrittmacher ist die Kenntnis ihrer Wirkungsweise wesentlich.
Abb. 20.2 Schnurfüßer leben in der Streuschicht
des Bodens und sind gute Humusproduzenten.
Auch die Fortbewegung von Tieren,
z. B. Pferden im Galopp und Tausendfüßer,
folgt den Regeln gekoppelter Pendel.
Jedes Beinpaar eines Schnurfüßers
bewegt sich in einem vorgegebenen
Rhythmus. Die Beine sind abwechselnd
eng beisammen und dann mit größerem
Abstand, so dass der Eindruck einer
Wellenbewegung entsteht.
Abb. 20.1 Der Sinusknoten kann nur elektrisch
als der Bereich des Herzens erkannt werden, in
dem die elektrische Erregung nachweisbar ist.
[RV, RK, LV, LK: rechte/linke (Vor)kammer]
Mechanische Wellen lassen sich durch geeignete Anregungen in Schwingungen versetzen.
Abb. 20.3 Entstehung einer Seilwelle
Abb. 20.4 Entstehung einer Schallwelle
In beiden Fällen bewegt sich die Welle nach rechts. Man erkennt die unterschiedliche Bewegungsart und
-richtung von Welle und Teilchen.
Man vergleicht die Bewegungsrichtung der Teilchen, die die Welle bilden, mit der Ausbreitungsrichtung
der Welle. Je nachdem, ob die Oszillatoren quer oder längs zur Ausbreitungsrichtung
der Welle schwingen, unterscheidet man:
Transversalwellen (transversal waves): Die Teilchen schwingen quer zur Ausbreitungsrichtung
der Welle (Abb. 20.5).
Longitudinalwelle (longitudinal waves): Die Teilchen schwingen parallel zur Bewegungsrichtung
der Welle (Abb. 20.6).
Transversalwellen
Longitudinalwelle
Abb. 20.5 Das Weiterlaufen einer Transversalwelle kann anhand der
Wellenberge und Wellentäler leicht beobachtet werden.
Abb. 20.6 Eine Longitudinalwelle läuft in Form von Verdichtung und
Verdünnung durch das Wellenmedium.
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