Wie das Huygens-Prinzip dem Schall um die Ecke hilft

Licht und Schall – beide sind physikalisch gesehen Wellen. Dennoch kann ich jemanden um die Ecke rufen hören, selbst wenn ich die Person nicht sehe. Wie kommt das?

DJ

Ein DJ ist an seinem Konzert sowohl Licht- als auch Schallwellen ausgesetzt. Bild: CanStockPhoto

Schall ist, einfach gesagt, eine Schwingung der Teilchen in der Luft, die sich als Welle fortbewegt. Licht hingegen braucht keine Materie, um sich auszubreiten; als elektromagnetische Wellen durchdringen Lichtstrahlen den Raum. Schall und Licht sind also beide Wellen, aber unterschiedlicher Natur.

Um Schall und Licht noch weiter auf den Grund gehen zu können, müssen wir uns aber zunächst mit dem physikalischen Phänomen einer Welle beschäftigen.

Wellen im Wasser

Wasserwellen, aber auch Schalwellen breiten sich ringförmig um ihre Quelle aus und produzieren dabei Wellenberge und Wellentäler. Bild: CanStockPhoto

Dazu stellen wir uns vor, wir sitzen auf einer Brücke über einem Teich und werfen einen Stein ins Wasser. Dies erzeugt eine Wellenbewegung nach dem Huygensʼschen Prinzip: Von der Einschlagstelle bewegen sich die Wellen kreisförmig nach aussen weg. Wir sehen, wie dabei Wellenberge auf Wellentäler folgen, während sich die einzelnen Wasserteilchen auf und ab bewegen. Welches Teilchen gerade Tal bzw. Berg spielt, wechselt sich ab über die Zeit; daher bewegt sich die Welle vorwärts. Das ist das Besondere einer Welle: Nicht die Materie an sich (in unserem Beispiel das Wasser) wird transportiert, sondern nur die Erscheinungsformen Wellenberg und Wellental sind es, die den Ort wechseln. Ähnlich wie eine Wasserwelle kann man sich auch die Schallwelle vorstellen. Hier sind es die Luftmoleküle, die sich hin-und her bewegen.

Wellenlänge – unterschiedlich bei Schall und Licht!

Ein Begriff, der immer wieder in physikalischer Beschreibung von Wellen vorkommt, ist die Wellenlänge. Die Wellenlänge ist definiert als der Abstand zwischen zwei Wellenbergen (oder natürlich auch zwischen zwei Wellentälern) und gibt an, wie sehr „gestaucht“ oder „gestreckt“ die Welle ist.

Schall hat beispielsweise eine sehr grosse Wellenlänge (im Bereich von Zentimetern bis zu Metern), während Licht eine sehr kleine Wellenlänge hat (rund eine Million Mal kleiner als ein Meter).

Hierin liegt auch der Grund für die unterschiedlichen Verhaltensweisen von Schall- und Lichtwellen – der Grund, weshalb man um die Ecke hören kann, aber nicht sehen.

Beugung – des Rätsels Lösung

Beugung von Wellen an Hindernissen

Wellen, deren Wellenlänge ungefähr der Grösse eines Hindernisses entspricht, werden an diesem gebeugt. Sie ändern ihre Richtung und gelangen so auch um das Hindernis herum. Bild: Redaktion SimplyScience.ch

Wenn Wellen auf ein Hindernis treffen, können sie ihre Richtung ändern und damit auch in Bereiche gelangen, die nicht in ihrer Vorwärtsrichtung gelegen sind. Dieses Phänomen nennt man Beugung. Es gilt für alle Arten von Wellen, also genauso für Wasserwellen wie für Licht und Schall. Nur: Wie gross die Richtungsänderung ist, hängt davon ab, wie gross das Hindernis im Vergleich zur Wellenlänge ist.

Es gilt:

  • Wenn das Hindernis in etwa der Wellenlänge entspricht (wie bei Schallwellen), ergibt sich eine starke Richtungsänderung. Diese entsteht durch die Überlagerung von neu entstehenden Wellen am Hindernis.
  • Wenn die Wellenlänge viel kleiner als das Hindernis ist (wie bei Lichtwellen), gibt es (fast) keine Richtungsänderung. Das Hindernis wirft dann einen Schatten, in dem kein Licht mehr ankommt.

Deshalb kann man also problemlos durch den Gang in ein anderes Zimmer rufen, auch wenn die Sicht dort hinein versperrt ist!

Unter diesem Link findest du auch noch ein kurzes Video zum Thema.

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