Transversalwellen – Probleme und Lösungen

1. Der Abstand zwischen den beiden Wellentälern einer Wasseroberfläche beträgt 20 m. Ein Objekt schwimmt auf der Wasseroberfläche und führt eine Schwingungsbewegung aus. Beträgt die Zeit für eine Schwingung 4 Sekunden, so beträgt die Geschwindigkeit der Welle … m/s.

Ein 20

B. 15

C. 10

D. 5

Bekannt:

Wellenlänge (λ) = 20 Meter

Periode (T) = 4 Sekunden

Gesucht: Wellengeschwindigkeit (v)

Lösung:

Die Gleichung für die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen:

v = λ / T = 20 Meter / 4 Sekunden = 5 Meter / Sekunde

Die richtige Antwort ist D.

2. Zwei Punkte A und B befinden sich auf einem Seil und sind 90 cm voneinander entfernt. Auf dem Seil breiten sich Transversalwellen aus , wobei Punkt A den Wellenberg und Punkt B den Wellental bildet. Zwischen ihnen befinden sich zwei Wellenberge und zwei Wellentäler. Beträgt die Wellenperiode 0.3 Sekunden, so ist die Wellenausbreitung …

A. 10.8 cm/s

B. 18.0 cm/s

C. 120.0 cm/s

D. 200.0 cm/s

Bekannt:

Abstand AB (l) = 90 cm

Periodendauer der Welle (T) = 0.3 Sekunden

Frequenz der Welle (f) = 1/0.3 Sekunden

Punkt A liegt im Wellenberg und Punkt B im Wellental.

Zwischen den Punkten A und B befinden sich zwei Wellenberge und zwei Wellentäler.

Gesucht: Wellengeschwindigkeit (v = f λ)

Lösung:

Probleme und Lösungen zur Transversalwelle 1Anhand der Abbildung lässt sich schließen, dass es 2.5 Wellenlängen sind. Die Länge einer Wellenlänge (λ) beträgt 90 cm / 2.5 = 36 cm.

Die Geschwindigkeit der Welle:

v = f λ = (1 / 0.3)(36) = 36 / 0.3 = 120 cm/s.

Die richtige Antwort ist C.

3. Das folgende Diagramm zeigt die Verschiebung eines Punktes in einem Medium als Funktion der Zeit, wenn eine Welle das Medium durchläuft.

Probleme und Lösungen zur Transversalwelle 2

Bei einer Wellenlänge von 6 Metern beträgt die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle…

A. 3 m/s

B. 6 m/s

C. 8 m/s

D. 12 m/s

Bekannt:

Aus dem obigen Diagramm ergeben sich zwei Wellenlängen.

Entfernung einer Wellenlänge (λ) = 6 Meter / 2 = 3 Meter

Periode (T) = 0.5 Sekunden

Gesucht: Geschwindigkeit der Wellen (v)

Lösung:

v = f λ = λ / T = 3 Meter / 0.5 Sekunden = 6 Meter / Sekunde

Die richtige Antwort ist B.

4. Ausgehend von der untenstehenden Abbildung ist der Punkt, der eine Phasendifferenz von ¾ zu Punkt A aufweist, ….

A. Punkt BProbleme und Lösungen zur Transversalwelle 3

B. Punkt C

C. Punkt D

D. Punkt E

Lösung

Punkt B hat eine Phasendifferenz von ¼ λ zu Punkt A.
Punkt C hat eine Phasendifferenz von 2/4 λ oder 1/2 λ zu Punkt A.
Punkt D hat eine Phasendifferenz von 3/4 λ zu Punkt A.
Punkt F hat eine Phasendifferenz von 5/4 λ zu Punkt A.
Die richtige Antwort ist C.

5. Auf der Oberfläche eines Teichs befinden sich zwei trockene Blätter im Abstand von 60 cm. Beide bewegen sich wie die Wasseroberfläche mit einer Frequenz von 2 Hz auf und ab. Befindet sich ein Blatt im Wellenberg, befindet sich das andere im Wellental; dazwischen liegt jeweils ein Wellenberg und ein Wellental. Bestimmen Sie die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle.

A. 20 cm/s

B. 30 cm/s

C. 80 cm/s

D. 120 cm/s

Bekannt:

Abstand zwischen den beiden Blättern = 60 cm

Frequenz (f) = 2 Hz = 2

Gesucht: Die Geschwindigkeit der Welle

Lösung:

Probleme und Lösungen zur Transversalwelle 4Zwischen den beiden Blättern liegen 1.5 Wellenlängen. Der Abstand einer Wellenlänge beträgt (λ) = 60 cm / 1.5 = 40 cm.

Wellengeschwindigkeit (v):

v = f λ = (2 Hz)(40 cm) = 80 cm/Sekunde

Die richtige Antwort ist C.

6. Bestimmen Sie anhand der untenstehenden Abbildung die Amplitude, die Periode, die Frequenz und die Geschwindigkeit der Welle.

Probleme und Lösungen zur Transversalwelle 6

Lösung:

Amplitude (A) = 4 Meter

Periode (T) = 6 Sekunden / 3 = 2 Sekunden

Frequenz (f) = 1 / T = 1 / 2 = 0.5 Hertz

Wellenlänge (λ) = 24 Meter / 3 = 8 Meter

Wellengeschwindigkeit (v) = f λ = (0.5 Hertz)(8 Meter) = 4 Meter/Sekunde oder

Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle (v) = λ / T = 8 Meter / 2 Sekunden = 4 Meter/Sekunde

Die richtige Antwort ist D.

7. Auf einer 1.2 m langen und 200 g schweren Saite bildeten sich 1.5 Sinuswellen mit einer Frequenz von 50 Hz. Bestimmen Sie anhand dieser Daten die Periodendauer der Wellen und die Seilspannung.

A. Periode = 0.02 Sekunden und Zugkraft = 6.67 N

B. Periode = 0.01 Sekunden und Zugkraft = 6.67 N

C. Periode = 0.02 Sekunden und Zugkraft = 266.67 N

D. Periode = 0.01 Sekunden und Zugkraft = 266.67 N

Bekannt:

Die Seillänge (l) beträgt 1.2 Meter, und es gibt 1.5 Sinuswellen, sodass die Distanz einer Wellenlänge (λ) = 1.2 Meter / 1.5 = 0.8 Meter beträgt.

Masse des Seils (m) = 200 Gramm = 0.2 kg

Frequenz (f) = 50 Hz

Dichte des Seils (µ) = m/l = 0.2 kg / 1.2 Meter = (1/6) kg/Meter

Gesucht: Periodendauer der Welle (T) und Seilspannung (T)

Lösung:

Periode der Welle:

T = 1 / f = 1 / 50 Hz = 0.02 Sekunden

Die Geschwindigkeit der Welle am Seil:

v = f λ = (50 Hz)(0.8 Meter) = 40 Meter/Sekunde

Die Zugkraft (T):

Probleme und Lösungen zur Transversalwelle 7

Die richtige Antwort ist C.

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