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2026-07-28T07:54:11Z

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= Longitudinal- und Transversalwellen - Physik =

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= Einleitung =

Wellen begegnen Dir beim Hören, beim Musizieren, bei Erdbeben, auf einer Wasseroberfläche und beim Licht. Eine [[Welle (Physik)|Welle]] breitet eine Störung aus und transportiert dabei '''Energie'''. Die Teilchen eines Mediums werden meistens nur um ihre Ruhelage ausgelenkt; sie wandern nicht dauerhaft mit der Welle mit.

Bei mechanischen Wellen ist besonders wichtig, wie die '''Schwingungsrichtung''' der Teilchen zur '''Ausbreitungsrichtung''' der Welle liegt. Daraus ergeben sich zwei Grundtypen: [[Longitudinalwelle|Longitudinalwellen]] und [[Transversalwelle|Transversalwellen]].

[[Datei:Longitudinalwelle Transversalwelle.png|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=o1H2hdhAgr8 |500|center}}

{{BR}}
== Was ist eine mechanische Welle? ==

Eine [[Mechanische Welle|mechanische Welle]] entsteht, wenn gekoppelte Teilchen nacheinander schwingen. Jedes Teilchen regt sein Nachbarteilchen an. So breitet sich die Störung durch einen Stoff aus. Dieser Stoff heißt '''Medium''', zum Beispiel Luft, Wasser, ein Seil, eine Feder oder Gestein.

'''Merksatz:''' Die Welle breitet sich aus, die Teilchen schwingen um ihre Gleichgewichtslage.

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== Zwei Richtungen entscheiden ==

Für die Einteilung vergleichst Du zwei Richtungen:

# [[Schwingungsrichtung]]: Richtung, in der ein Teilchen des Mediums hin- und herschwingt.
# [[Ausbreitungsrichtung]]: Richtung, in der sich die Welle und ihre Energie fortbewegen.

Sind beide Richtungen parallel, liegt eine Longitudinalwelle vor. Stehen sie senkrecht aufeinander, handelt es sich um eine Transversalwelle.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=esUfv4FtJgo |500|center}}

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== Longitudinalwellen ==

Bei einer '''Longitudinalwelle''' schwingen die Teilchen '''parallel''' zur Ausbreitungsrichtung. Es entstehen abwechselnd Bereiche mit dichter und weniger dicht stehenden Teilchen.

# [[Verdichtung]]: Teilchen liegen enger zusammen; Druck oder Spannung sind erhöht.
# [[Verdünnung]]: Teilchen liegen weiter auseinander; Druck oder Spannung sind geringer.

Ein typisches Schulmodell ist eine lange Feder. Wird ihr Ende in Längsrichtung vor- und zurückbewegt, laufen Verdichtungen und Verdünnungen durch die Feder.

[[Datei:Onde compression impulsion 1d 30 petit.gif|500px|rahmenlos|center]]

Auch [[Schall]] in Luft ist im Normalfall eine Longitudinalwelle. Die Luftmoleküle schwingen vor und zurück, während sich die Druckänderung durch den Raum ausbreitet.

[[Datei:2D Pressure (Longitudinal) Wave.gif|500px|rahmenlos|center]]

'''Beispiele:''' Schall in Gasen und Flüssigkeiten, Druckwellen in einer Feder und seismische P-Wellen.

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== Transversalwellen ==

Bei einer '''Transversalwelle''' schwingen die Teilchen oder Feldgrößen '''senkrecht''' zur Ausbreitungsrichtung. Ein einfaches Modell ist ein gespanntes Seil: Bewegst Du ein Ende nach oben und unten, wandert die Störung entlang des Seils nach vorn.

Eine Transversalwelle besitzt Wellenberge und Wellentäler. Ihre Schwingungsrichtung kann festgelegt werden. Diese Eigenschaft heißt [[Polarisation]].

[[Datei:Standing wave.gif|500px|rahmenlos|center]]

Auch [[Elektromagnetische Welle|elektromagnetische Wellen]] sind transversal. Bei Licht schwingen elektrisches und magnetisches Feld senkrecht zueinander und senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Licht benötigt kein stoffliches Medium.

[[Datei:Electromagneticwave3Dfromside.gif|500px|rahmenlos|center]]

'''Beispiele:''' Wellen auf einem Seil, Schwingungen einer Saite, elektromagnetische Wellen und seismische S-Wellen.

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== Vergleich ==

{| class="wikitable" style="margin:auto"
! Merkmal
! Longitudinalwelle
! Transversalwelle
|-
| Lage der Schwingungsrichtung
| parallel zur Ausbreitungsrichtung
| senkrecht zur Ausbreitungsrichtung
|-
| Typische Struktur
| Verdichtung und Verdünnung
| Wellenberg und Wellental
|-
| Schulmodell
| Feder in Längsrichtung
| Seil quer zur Länge
|-
| Beispiel
| Schall in Luft
| Licht im Vakuum
|-
| Polarisation
| im üblichen Sinn nicht möglich
| möglich
|}

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== Größen zur Beschreibung von Wellen ==

Die wichtigsten Wellengrößen gelten für beide Wellentypen:

# [[Amplitude]] <math>A</math>: größte Auslenkung aus der Ruhelage.
# [[Wellenlänge]] <math>\lambda</math>: kleinster Abstand zweier Punkte gleicher Phase.
# [[Frequenz]] <math>f</math>: Zahl der Schwingungen pro Sekunde; Einheit [[Hertz (Einheit)|Hertz]].
# [[Periodendauer]] <math>T</math>: Zeit für eine vollständige Schwingung.
# [[Ausbreitungsgeschwindigkeit]] <math>v</math>: Geschwindigkeit der Welle.

Es gelten die Zusammenhänge:

<math>f=\frac{1}{T}</math>

<math>v=\lambda \cdot f</math>

[[Datei:Wave characteristics.svg|500px|rahmenlos|center]]

Beispiel: Eine Welle hat die Wellenlänge <math>\lambda=2\,\mathrm{m}</math> und die Frequenz <math>f=3\,\mathrm{Hz}</math>. Dann gilt:

<math>v=2\,\mathrm{m}\cdot 3\,\mathrm{Hz}=6\,\mathrm{\frac{m}{s}}</math>

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=Mh-_H2_42NM |500|center}}

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== Seismische P- und S-Wellen ==

Bei einem [[Erdbeben]] entstehen verschiedene Wellenarten. P-Wellen sind longitudinale Druckwellen. Sie können sich durch feste und flüssige Bereiche ausbreiten. S-Wellen sind transversale Scherwellen. Sie benötigen ein Material, das Scherkräfte übertragen kann, und laufen daher nicht durch Flüssigkeiten.

Da P-Wellen schneller sind, treffen sie an einer Messstation vor den S-Wellen ein. Aus den unterschiedlichen Ankunftszeiten gewinnen Forschende Informationen über Entfernung und Aufbau des Erdinneren.

[[Datei:Ondes P et S 1d 30 petit.gif|500px|rahmenlos|center]]

[[Datei:Seismic Wave Arrival Animation.gif|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=6KL7nUEGjwQ |500|center}}

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== Wasserwellen als Mischform ==

Wasserwellen an der Oberfläche sind meist keine reinen Transversalwellen. Die Wasserteilchen bewegen sich häufig auf annähernd kreisförmigen oder elliptischen Bahnen. Deshalb enthalten Oberflächenwellen longitudinale und transversale Bewegungsanteile.

[[Datei:Deep water wave.gif|500px|rahmenlos|center]]

'''Merksatz:''' Das sichtbare Wandern eines Wellenbergs bedeutet nicht, dass dasselbe Wasserteilchen mit dem Wellenberg über die gesamte Strecke reist.

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== Einfache Versuche ==

# [[Federwelle]]: Lege eine lange Feder auf den Boden und bewege ein Ende in Längsrichtung. Beobachte Verdichtungen und Verdünnungen.
# [[Seilwelle]]: Bewege ein gespanntes Seilende auf und ab. Vergleiche Schwingungs- und Ausbreitungsrichtung.
# [[Schallwelle]]: Halte eine leichte Papiermembran vor einen Lautsprecher und beobachte ihre Schwingung. Die Membran macht die Luftdruckänderungen sichtbar.

Führe Versuche nur mit genügend Abstand zu anderen Personen durch. Eine gespannte Feder oder ein Seil darf nicht unkontrolliert zurückschnellen.

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= Interaktive Aufgaben =

{{BR}}
== Quiz: Teste Dein Wissen ==

{{MC}}

'''Wie liegt bei einer Longitudinalwelle die Schwingungsrichtung zur Ausbreitungsrichtung?'''
(Parallel)
(!Senkrecht)
(!Kreisförmig)
(!Ohne feste Beziehung)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wie liegt bei einer Transversalwelle die Schwingungsrichtung zur Ausbreitungsrichtung?'''
(Senkrecht)
(!Parallel)
(!Immer kreisförmig)
(!Immer rückwärts)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Welle ist Schall in Luft normalerweise?'''
(Longitudinalwelle)
(!Transversalwelle)
(!Stehende Lichtwelle)
(!Elektromagnetische Welle)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welches Beispiel ist eine Transversalwelle?'''
(Welle auf einem gespannten Seil)
(!Schall in Luft)
(!Druckimpuls in einer Feder)
(!P-Welle im Gestein)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was wird durch eine Welle hauptsächlich transportiert?'''
(Energie)
(!Das gesamte Medium)
(!Dauerhaft Materie)
(!Nur Masse)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Größe beschreibt die größte Auslenkung?'''
(Amplitude)
(!Frequenz)
(!Wellenlänge)
(!Ausbreitungsrichtung)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Gleichung verbindet Wellengeschwindigkeit, Wellenlänge und Frequenz?'''
(v gleich Lambda mal f)
(!v gleich f geteilt durch Lambda)
(!v gleich Lambda plus f)
(!v gleich T mal f)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche seismische Welle ist longitudinal?'''
(P-Welle)
(!S-Welle)
(!Love-Welle)
(!Oberflächenwelle allgemein)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Warum können S-Wellen nicht durch Flüssigkeiten laufen?'''
(Flüssigkeiten übertragen keine ausreichenden Scherkräfte)
(!Flüssigkeiten besitzen keine Teilchen)
(!S-Wellen sind elektromagnetisch)
(!S-Wellen haben keine Energie)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Wellen können polarisiert werden?'''
(Transversalwellen)
(!Nur Longitudinalwellen)
(!Nur Schallwellen in Luft)
(!Alle Druckwellen)

{{E}}
<br>

{{BR}}
== Memory ==

<div class="memo-quiz">
{|
|-
| Longitudinalwelle || parallele Schwingungsrichtung
|-
| Transversalwelle || senkrechte Schwingungsrichtung
|-
| Verdichtung || kleiner Teilchenabstand
|-
| Wellenlänge || Abstand gleicher Phase
|-
| Frequenz || Schwingungen pro Sekunde
|-
| P-Welle || seismische Druckwelle
|-
| S-Welle || seismische Scherwelle
|-
| Polarisation || Ausrichtung einer Querwelle
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== Drag and Drop ==

<div class="lueckentext-quiz">

{| class="wikitable"
! Ordne die richtigen Begriffe zu.
! Thema
|-
| '''Longitudinalwelle'''
| Teilchen schwingen parallel zur Ausbreitung
|-
| '''Transversalwelle'''
| Teilchen schwingen senkrecht zur Ausbreitung
|-
| '''Schall in Luft'''
| Beispiel einer Druckwelle
|-
| '''Licht im Vakuum'''
| Beispiel einer elektromagnetischen Querwelle
|-
| '''S-Welle'''
| benötigt ein schubfestes Medium
|}
{{E}}

<br>
<br />

{{BR}}
== Kreuzworträtsel ==

<div class="kreuzwort-quiz">
{|
|-
| Parallel || Wie schwingen Teilchen bei einer Longitudinalwelle zur Ausbreitungsrichtung?
|-
| Senkrecht || Wie schwingen Teilchen bei einer Transversalwelle zur Ausbreitungsrichtung?
|-
| Verdichtung || Wie heißt ein Bereich mit besonders engem Teilchenabstand?
|-
| Amplitude || Wie heißt die größte Auslenkung einer Welle?
|-
| Frequenz || Welche Größe gibt Schwingungen pro Sekunde an?
|-
| Polarisation || Wie heißt die Festlegung der Schwingungsrichtung einer Querwelle?
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== LearningApps ==

<iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Longitudinalwellen+und+Transversalwellen+Physik </iframe>

{{BR}}
== Lückentext ==

<quiz display=simple>
{'''Vervollständige den Text.'''<br>
|type="{}"}
Eine mechanische Welle benötigt ein schwingfähiges { Medium }.
Bei einer Longitudinalwelle schwingen die Teilchen { parallel } zur Ausbreitungsrichtung.
Bereiche mit engem Teilchenabstand heißen { Verdichtungen }.
Bei einer Transversalwelle stehen Schwingungsrichtung und Ausbreitungsrichtung { senkrecht } aufeinander.
Schall in Luft ist normalerweise eine { Longitudinalwelle }.
Licht im Vakuum ist eine elektromagnetische { Transversalwelle }.
Die größte Auslenkung heißt { Amplitude }.
Die Zahl der Schwingungen pro Sekunde ist die { Frequenz }.
Für die Wellengeschwindigkeit gilt v gleich Wellenlänge mal { Frequenz }.
Seismische P-Wellen sind { longitudinal }.
Seismische S-Wellen können sich nicht durch { Flüssigkeiten } ausbreiten.
Wasserwellen an der Oberfläche sind häufig eine { Mischform }.
</quiz>

<br>

{{BR}}
= Offene Aufgaben =

{{BR}}
=== Leicht ===

# [[Wellen beobachten]]: Finde drei Wellenerscheinungen im Alltag und ordne sie begründet als longitudinal, transversal oder Mischform ein.
# [[Feder-Modell]]: Zeichne eine Feder mit einer Verdichtung und einer Verdünnung. Markiere beide Richtungen mit Pfeilen.
# [[Seil-Modell]]: Erstelle eine Bildfolge mit vier Bildern, die die Ausbreitung eines Wellenbergs auf einem Seil zeigt.
# [[Begriffe erklären]]: Formuliere eigene Merksätze zu Amplitude, Wellenlänge und Frequenz.

{{BR}}
=== Standard ===

# [[Versuchsprotokoll]]: Untersuche mit einer Feder Longitudinal- und Transversalbewegungen und dokumentiere Aufbau, Beobachtung und Ergebnis.
# [[Erklärvideo]]: Produziere ein einminütiges Video, in dem Du den Richtungsvergleich mit Händen, Seil oder Feder darstellst.
# [[Schallmodell]]: Baue ein Teilchenmodell für Verdichtung und Verdünnung und fotografiere zwei Zustände.
# [[Wellenrechnung]]: Erfinde drei realistische Aufgaben zu <math>v=\lambda \cdot f</math> und löse sie nachvollziehbar.

{{BR}}
=== Schwer ===

# [[Seismologie-Projekt]]: Erkläre mit einem Modell, warum P-Wellen durch Flüssigkeiten laufen können, S-Wellen aber nicht.
# [[Fehlvorstellungen prüfen]]: Befrage fünf Personen dazu, ob bei einer Wasserwelle Wasser mitwandert. Werte die Antworten aus und kläre die Vorstellung physikalisch.
# [[Medienanalyse]]: Untersuche eine Filmszene mit Schall, Licht oder Erdbebenwellen auf physikalische Richtigkeit.
# [[Wellen-Simulation]]: Entwickle eine digitale oder analoge Simulation, in der Amplitude, Frequenz und Wellenlänge verändert werden können.

{{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}

{{BR}}
= Lernkontrolle =

# [[Modellvergleich]]: Vergleiche Feder- und Seilmodell. Erkläre, welche Eigenschaften realer Wellen sie gut zeigen und wo ihre Grenzen liegen.
# [[Alltagstransfer]]: Entscheide für Lautsprecherschall, Gitarrensaite, Licht und P-Welle jeweils den Wellentyp und begründe mit beiden Richtungen.
# [[Materialwechsel]]: Eine Welle tritt in ein anderes Medium ein und ihre Geschwindigkeit ändert sich. Erkläre, was bei gleichbleibender Frequenz mit der Wellenlänge geschieht.
# [[Erdbebenanalyse]]: Begründe, wie das Ausbleiben von S-Wellen Hinweise auf flüssige Schichten im Erdinneren liefern kann.
# [[Wasserwellenkritik]]: Bewerte die Aussage „Wasserwellen sind immer Transversalwellen“ und formuliere eine fachlich bessere Aussage.
# [[Experiment planen]]: Entwickle einen Versuch, mit dem Schwingungsrichtung und Ausbreitungsrichtung getrennt sichtbar gemacht werden.

<br>
<br>

{{BR}}
= Lernnachweis =

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:

# Longitudinal- und Transversalwellen über die Lage von Schwingungs- und Ausbreitungsrichtung unterscheiden kannst.
# passende Beispiele begründet zuordnen und Mischformen erkennen kannst.
# Verdichtung, Verdünnung, Wellenberg, Wellental, Amplitude, Frequenz und Wellenlänge korrekt verwendest.
# die Beziehungen <math>f=\frac{1}{T}</math> und <math>v=\lambda \cdot f</math> anwenden kannst.
# Modelle und Experimente beschreiben, auswerten und kritisch beurteilen kannst.
# P- und S-Wellen auf den Aufbau des Erdinneren beziehen kannst.
# typische Fehlvorstellungen zum Stoff- und Energietransport erklären kannst.

<br>
<br>

{{BR}}
= OERs zum Thema =

<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Welle </iframe>

<br>

{{BR}}
= Verknüpfte Lernbereiche =

{| align=center
{{:D-Tab}}
'''[[Longitudinal- und Transversalwellen - Physik]]'''
# [[Mechanische Welle]]
# [[Schwingung]]
# [[Schall]]
# [[Wellenlänge]]
# [[Frequenz]]
# [[Amplitude]]
# [[Polarisation]]
# [[Erdbeben]]
# [[Elektromagnetische Welle]]
|}

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Wellenlehre]]
[[Kategorie:Mechanik]]
[[Kategorie:Akustik]]
[[Kategorie:Geophysik]]
[[Kategorie:Klasse 7-10]]
[[Kategorie:Schule]]

{{BR}}
= aiMOOC-Projekte =
[[Kategorie:AI_MOOC]] [[Kategorie:GPT aiMOOC]]
{{MT}}

Longitudinal- und Transversalwellen - Physik - Versionsgeschichte

Glanz: aiMOOC über GPT aiMOOC Action erstellt