Wie passend ist das Ausbreitungsmodell der Schallwelle (Transversalwelle)? (für den Laien)

Luft ist ein Gas, wie ist dann die Schallwellenausbreitung möglich? Ich meine, Gaspartikel haben die Tendenz, sich in einer geraden Linie zu bewegen, also wie entsteht eine Schallwelle durch Kompression und Verdünnung? Die meisten Lehrbücher modellieren diese Ausbreitung, indem sie scheinbar gebundene Gasmoleküle projizieren und harmonisch um ihre ursprünglichen Positionen oszillieren (abgesehen von Dämpfung). Sollte ein Gasteilchen nicht seine Position verlassen, sobald eine mechanische Kraft auf es einwirkt, anstatt zu schwingen? Ein Gas sollte idealerweise nicht die dargestellte Elastizität per se besitzen?

Meine Frage ist, wie korrekt ist diese Demonstration der Schallwellenausbreitung als Transversalwelle? Machen Sie Lehrbücher (die wenigen, die ich gelesen habe), überspringen Sie den eigentlichen Mechanismus, oder meine Annahme ist falsch. Könnte das bitte jemand für mich klären.

Genau das, was ich dachte. In der Animation sieht es so aus, als ob alle Luftteilchen sowohl aneinander als auch an die Energiequelle gebunden sind.

Antworten (2)

Eine Schallwelle ist eine Longitudinalwelle – das heißt, wenn sich die Membran eines Lautsprechers in Richtung Luft bewegt, verursacht sie eine Kompression, indem sie Moleküle in Richtung der ruhenden Luft davor drückt. Das erhöht kurzzeitig den Druck, während diese ruhenden Moleküle beschleunigt werden und wiederum gegen die Moleküle vor ihnen drücken usw. Es ist also ein bisschen wie eine "Kettenreaktion" oder, wenn Sie so wollen, ein Auffahrunfall in einem Stau. Abgesehen davon, dass die Kollisionen elastisch sind, also "prallen" die Dinge auch zurück.

Eine Animation zeigt möglicherweise den lokalen Druck, der "auf und ab geht", aber wenn Sie sich eine Schallwelle vorstellen, die von links nach rechts wandert, bewegen sich die Luftmoleküle auch von links nach rechts und wieder zurück - nicht auf und ab.

Dies wird mit Bildern auf dieser Webseite schön erklärt , insbesondere dieser Animation . Ich habe eine heruntergerechnete Version der Animation erstellt (um die 2-MB-Grenze der Website zu erfüllen):

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich empfehle jedoch dringend, sich das Original auf der Website anzusehen. Offensichtlich bewegen sich die Moleküle in Richtung der Wellenausbreitung (längs).

Der elastische Teil ist das, was ich klären möchte. Die Gasteilchen sind nicht fixiert, also müssten sie „ablaufen“, sobald eine Druckwelle sie erreicht, oder?
Wenn ein Haufen Gaspartikel auf sie zukommt, spüren sie diesen Druck. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, gegen eine Menschenmenge zu laufen, die in die andere Richtung geht - wenn viele Leute schnell auf Sie rennen, werden Sie von Zeit zu Zeit umgehauen. So wird der Gasdruck übertragen.

Bedenken Sie, dass die Energiemenge in der Wellenfront die Energie in der Umgebungsbewegung der Partikel überwältigt. Die Welle schiebt das Teilchen senkrecht zur Wellenfront mit anderen nach vorne, um einen Bereich mit hohem Druck zu erzeugen, aber sobald die Welle vorbeikommt, wird das Teilchen zurück in einen Bereich mit niedrigem Druck gesaugt, der der Wellenfront folgt.

Aber da der Unterdruck nicht für die Partikel reserviert ist, die den Raum verlassen haben, könnten andere Partikel diesen Platz nicht auch füllen? Das ist eindeutig nicht der Fall, daher weiß ich, dass mein Verständnis ein wenig daneben liegt. Ich versuche nur, mir ein klareres Bild zu machen. :)
Hier liegt die Annahme zugrunde, dass diese Welle das mit Abstand energiereichste System in der Umgebung ist und somit alle Teilchen lokal kontrolliert. Störungen durch andere energetische Ereignisse würden komplexere Partikelmuster erzeugen.
Wie passend ist das Ausbreitungsmodell der Schallwelle (Transversalwelle)? (für den Laien)
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