Ich habe einige Probleme, die Prinzipien der Schallausbreitung zu verstehen. Die Welle breitet sich aus, obwohl Luft (zum Beispiel) eine Kompression ausübt, der eine Verdünnung folgt. Ich denke, ich habe als Recht.
Folgendes verstehe ich nicht: Was passiert mit den Teilchen, wenn die Energie vorbeigeht? Schwingen sie "an der Stelle" (ein Pendel) hin und her? Ist die Schwingung von Teilchen, wie sie durch eine Sinuskurve gezeigt wird, dieses „hin und her“ Teilchen?
Wenn ja, bedeutet das, dass das gesamte Medium (hier Luft) in einem Teil seines Volumens „schwingt“? Oder bildlich erklärt: dass eine Schallwelle einen vibrierenden „Tunnel“ aus Partikeln in der Luft erzeugt?
Ja, die Partikel bewegen sich nur hin und her und bewegen sich im Durchschnitt nicht in eine bestimmte Richtung . Hier ist eine Animation, um dies deutlicher zu machen: http://www.acoustics.org/press/151st/Lindwall.html (erste auf der Seite)
Es gibt jedoch mindestens zwei seltsame, unphysikalische Dinge an dieser Animation. Zum einen bewegen sich die Partikel nur als Reaktion auf die Schallwelle, in perfekter Synchronisation, und sie bewegen sich nicht auch ständig in zufällige Richtungen. Wenn Sie ein Material hätten, das am absoluten Nullpunkt ein Gas bleiben würde, dann würde eine Schallwelle in diesem absoluten Nullgas mehr oder weniger wie die Animation aussehen. Aber für eine Schallwelle mit alltäglicher Lautstärke in Luft mit Raumtemperatur ist die zufällige thermische Bewegung (die immer auftritt, unabhängig davon, ob eine Schallwelle vorhanden ist oder nicht) viel stärker als die durch die Schallwelle verursachte Bewegung. Der einzige Grund, warum wir eine Schallwelle überhaupt wahrnehmen, ist, dass es sich um eine geordnete Bewegung handelt, die Energie in eine bestimmte Richtung transportiert. Wenn Sie die Bewegung eines einzelnen Luftmoleküls verfolgten, es würde völlig zufällig aussehen und es gäbe keine Spur der Schallwelle. Die Schallwelle wird erst sichtbar, wenn man sich das großräumige Muster der Dichtevariationen ansieht.
Das andere Seltsame an der Animation ist, dass die Moleküle aufhören sich zu bewegen und sich umdrehen, ohne mit irgendetwas zu kollidieren! Es sollte offensichtlich sein, dass es in einem echten Gas aus elektrisch neutralen Teilchen keine Fernkraft gibt, die dies bewirken würde, und ein sich bewegendes Teilchen würde seine Richtung nicht ändern, es sei denn, es kollidiert tatsächlich mit einem anderen Teilchen.
Um Ihre speziellen Fragen zu beantworten, ja, das gesamte Medium "vibriert", indem die Dichte und der Druck periodisch zu- und abnehmen, wenn das Gas hin und her strömt. Als "Tunnel" würde ich es aber nicht bezeichnen, denn wie man der Animation entnehmen kann, muss es für die Schallwelle keine genau definierte Querschnittsform geben. Tatsächlich ist die einfachste zu betrachtende Geometrie eine ebene Welle, die sich unendlich in alle Richtungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung ausdehnt. Es ist eigentlich unmöglich, einen "Schallstrahl" zu erzeugen, der sich ewig ausbreitet, ohne sich auszubreiten.
Ich denke, der Klang bringt die Partikel dazu, sich mehr zu bewegen, weil es mehr Interaktion gibt, wenn die Klangpartikel enthalten sind, aber ich liege wahrscheinlich falsch, weil ich nicht viel über Physik weiß ...
Marw