2.2 Das Huygens'sche Prinzip
Christiaan Huygens (1629 - 1695), ein niederländischer Astronom, Mathematiker und Physiker, hat ein Modell gefunden, mit dem sich alle Eigenschaften von Wellen sehr anschaulich erklären lassen:
Das Huygenssche Prinzip
Eine Wellenfront, die sich mit der Geschwindigkeit v ausbreitet, besteht aus unendlich vielen kreis- (im Zweidimensionalen) oder kugelförmigen (im Dreidimensionalen) Elementarwellen. Diese Elementarwellen breiten sich mit der gleichen Geschwindigkeit aus. Die Einhüllende dieser Elementarwellen bildet jeweils die neue Wellenfront.
Bildlich kann man sich das vielleicht in etwa so vorstellen:
Betrachtung einer Wellenfront aus einer Reihe von Kreiswellen. Und natürlich gilt dieses gleiche Prinzip auch für gekrümmte Wellenfronten.
Mit dem Huygensschen Prinzip lassen sich nun alle Eigenschaften von Wellen erklären:
Die folgenden Bilder stammen aus einem Geogebra-Applet, das hier (https://www.geogebra.org/m/qrh68ng3) auch aufgerufen werden kann.
Eigenschaften von Wellen
Hier ist eine Geogebra-Animation, in der Reflektion und Brechung veranschaulicht wird.
Reflektion
Bei der Reflektion erzeugt die einfallende Wellenfront an der reflektierenden Fläche wieder Kreiswellen. Deren "Einhüllende" ergibt die neue - reflektierte - Wellenfront.
Brechung
Bei der Brechung von Wellen, dringt eine Welle in ein anderes Medium ein. In deiesem zweiten Medium - oben die blaue Fläche - können sich die Wellen, und so auch die erzeugten Kreiswellen, nur langsamer ausbreiten. Deshalb hat die von den Kreiswellen erzeugte gebrochene Wellenfront eine andere Ausbreitungsrichtung als die einfallende.
Beugung
Im Gegensatz zu fliegenden Teilchen, kann sich eine Welle auch "um die Ecke" bewegen, also um Hindernisse herum. Auch das ist mit Hilfe des Huygensschen Prinzips ganz leicht zu verstehen:
Interferenz
Interferenz nennt man das Überlagern von Wellen. Wenn man das geschickt anstellt, dann können sich Wellen verstärken oder auslöschen. Da diese aber etwas mehr Platz erfordert, gibt es dafür ein eigenes Kapitel.
Backlinks:
2 Physikbücher:BGPhysik12-2