Auch wenn man es im ersten Moment nicht glaubt, so spielen Wellen doch eine unglaublich große Rolle in unserem Lebensalltag und vor allem in dem Versuch, die Welt und das Universum zu erklären. Von riesigen zerstörerischen Tsunami-Wellen bis hin zur winzigen stehenden Welle einer Elektronenbahn in den Atomen, die die gesamte Materie aufbauen - überall existieren Wellen. Selbst die Existenz von Materie versuchen manche Physiker mit schwingenden Wellen zu erklären.
Wellen existieren also in jeglichen räumlichen Dimensionen und haben eine unglaublich große Bedeutung.

Besonders unsere moderne Kommunikationsgesellschaft wäre ohne die Beschreibung und das Verstehen von Wellen nicht möglich. Jegliche Datenübertragung, ob es das Internet, das Telefongespräch oder der Schall aus unserem Mund ist, funktioniert über Wellen. Ohne Wellen würden wir uns nicht einmal selbst sehen können, da auch Licht eine elektromagnetische Welle ist.
Umso wichtiger ist es dementsprechend, Wellen und ihre Eigenschaften richtig verstehen und deuten zu können.

Definitionen

Welle

Eine Welle ist eine sich räumlich ausbreitende Schwingung einer von Raum und Zeit abhängigen physikalischen Größe. Sie hängt also von der Zeit und dem Ort ab:

Der Einfachheit halber wird bei der Veranschaulichung durch Schaubilder eine Variable immer konstant gehalten.

Ein Schaubild mit konstanter Zeit und variablem Ort nennt man Momentaufnahme und enspricht einer Fotografie der Welle.
Ein Schaubild mit konstantem Ort und variabler Zeit ist gerade das Zeit-Auslenkung-Diagramm einer harmonischen Schwingung.

Die Ausbreitung im Medium erfolgt hierbei durch die Kopplung einzelner benachbarter Schwingungssysteme. Da sich nur die Schwingung und nicht die Schwingungssysteme fortbewegt, wird bei der Wellenbewegung nur Energie und keine Materie transportiert.
Dieses Phänomen kannst du erkennen, wenn du eine Boje beobachtest: Sie bewegt sich idealerweise nur auf und ab und nicht in Schwingungsrichtung der Wellen.

Entstehung einer Welle

Mechanische Wellen entstehen immer dann, wenn ein Wellenträger als Medium vorhanden ist. Dieser besitzt einzelne schwingungsfähige Teilchen, die, jedes für sich alleine, eine harmonische Schwingung vollführen.
Wichtig hierbei ist, dass die einzelnen Teilchen miteinander gekoppelt sind. Aus diesem Grund setzt sich nämlich eine an einem einzelnen Teilchen implizierte Störung über den ganzen Wellenträger hinweg fort.

Diese Kopplung kannst du dir folgendermaßen vorstellen:

Wird also ein Teilchen in der Ruhelage gestört, so folgt das Nachbarteilchen der Bewegung seines Vorgängers zeitlich verzögert. Schuld daran ist die Kopplung zwischen den einzelnen Teilchen.

Im nebenstehenden Beispiel erfolgte zu Beginn, wie du erkennen kannst, die Störung nach unten.

Ausbreitungsgeschwindigkeit

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit beschreibt die Geschwindigkeit mit der sich die Störung über den Wellenträger bewegt. Sie ist somit ein Maß dafür, wie schnell Energie transportiert wird und kann vom Medium abhängig sein.

Eine grafische Darstellung der Momentaufnahmen kann folgendermaßen aussehen:

Du kannst also erkennen, dass sich der rot markierte Wellenberg mit der Geschwindigkeit dem rechten Ende des Wellenträgers nähert.
Beachte hierbei außerdem, dass es sich bei den Schaubildern um Momentaufnahmen des Wellenträgers zu den Zeitpunkten und handelt. Die Variable wird also konstant gehalten.

Schnelle

Die Schnelle bezeichnet die momentane Geschwindigkeit der Schwingung eines einzelnen Teilchens und ist keine Konstante.
Beim Schall gibt die Schallschnelle gerade die Geschwindigkeit an, mit der die Luftteilchen um ihre Ruhelage schwingen.

Periode

Die Periode beschreibt die Dauer der Schwingung eines einzelnen Teilchens. Es geht hier wohl gemerkt nur um ein Teilchen und nicht um die gesamte Welle.
Eine genauere Definition befindet sich im Skript Einführung und Definitionen der Schwingungen.

Wellenlänge

Die Wellenlänge bezeichnet gerade den kürzesten Abstand zweier Punkte gleicher Phase.
Für die Definition der Phase siehe im Skript Einführung und Definitionen der Schwingungen.