PhysicsWaves for iOS

Beschreibung

Die Waves-App besteht aus einer Sammlung von fünf verschiedenen Simulationen, die sich mit Wanderwellen, stehenden Wellen und Beats befassen. Es gibt zwei verschiedene Wanderwellensimulationen, eine für Transversalwellen und eine für Longitudinalwellen. Es gibt auch zwei Simulationen für stehende Wellen, eine für Transversalwellen und eine für Longitudinalwellen.

Simulation 1 – Querwandernde Wellen. Dargestellt sind zwei unabhängige Wanderwellen. Sie können die Amplitude und die Frequenz jeder der Wellen individuell einstellen. Dies simuliert die Bewegung von Wellen entlang von Saiten, sodass Sie auch untersuchen können, wie sich die Anpassung der auf eine Saite ausgeübten Spannung und/oder des Gewichts der Saite (über die Masse pro Längeneinheit) auf die Welle auf dieser Saite auswirkt.

Simulation 2 – Stehende Querwellen. Dies ist ein Modell von stehenden Wellen auf einer Schnur, die an beiden Enden befestigt (mit anderen Worten festgehalten) wird. Ein Beispiel für eine solche Saite wäre eine Gitarrensaite oder eine Klaviersaite. Mit den Schaltflächen können Sie wählen, ob Sie die stehende Grundwelle (niedrigste Frequenz) oder die zweite, dritte, vierte oder fünfte Harmonische der Grundwelle anzeigen möchten. Die Frequenzen der Harmonischen sind ganzzahlige Vielfache der Frequenz der Grundwelle. Beachten Sie, dass die stehende Welle eine Überlagerung (Summe) von zwei identischen Wanderwellen ist, von denen sich eine nach rechts und eine nach links bewegt. Da die Saite an beiden Enden fixiert ist, müssen die stehenden Wellen Knoten (Punkte der Nullbewegung) an den Enden haben.

Simulation 3 - Beats. Das Phänomen der Schwebungen ist ein weiteres Beispiel für Superposition. In diesem Fall haben die beiden Wellen leicht unterschiedliche Frequenzen, sodass sie allmählich von vollständig phasengleich (wobei die resultierende Welle eine große Amplitude hat) zu völlig phasenverschoben (wobei die resultierende Welle a hat) driften kleine Amplitude), wieder in Phase zu sein. Das Ansteigen und Abfallen der Lautstärke der Welle bezeichnen wir als Schwebungen – die Schwebungsfrequenz ist gleich der Frequenzdifferenz zwischen den beiden einzelnen Wellen.

Simulation 4 – Längswanderwelle. Dies ist eine Simulation, wie sich Schallwellen durch die Luft ausbreiten. Der obere Teil des Bildschirms zeigt eine transversale Darstellung der Wanderwelle, darunter die longitudinale Darstellung. Die Longitudinalwelle wird gezeigt, wie sie durch ein Rohr geht, aber das Rohr ist nicht notwendig. Die Bewegung der Punkte stellt die durchschnittliche Bewegung aller Luftmoleküle dar, die sich in der Nähe der Punkte befinden. Beachten Sie, dass es keinen Nettofluss von Luftmolekülen in irgendeine Richtung gibt - die Moleküle oszillieren im Durchschnitt um eine Gleichgewichtsposition, um die Energie der Welle durch die Luft zu übertragen.

Simulation 5 – Longitudinale stehende Wellen. Diese Simulation zeigt einige der verschiedenen stehenden Wellen, die in einer Pfeife auftreten können – dies ist ein Modell dessen, was in Blasinstrumenten wie Orgelpfeifen, Flöten usw. passiert. Wie bei Simulation 4 zeigt der obere Bildschirmrand eine transversale Darstellung von die stehende Welle, darunter die Längsdarstellung. Das linke Ende des Rohrs ist in dieser Simulation immer offen, und Sie können wählen, ob Sie das rechte Ende offen lassen oder schließen möchten. An einem offenen Ende können sich die Luftmoleküle frei bewegen, und die stehende Welle hat einen Bauch (einen Punkt maximaler Verschiebung aus dem Gleichgewicht) für die Molekülverschiebung. An einem geschlossenen Ende können sich die Moleküle nicht frei bewegen, daher hat die stehende Welle einen Knoten für die Molekülverschiebung (dh die Moleküle bewegen sich dort nicht). Dies führt zu unterschiedlichen Resonanzbedingungen für das Rohr, sodass sich die Frequenzen, die stehende Wellen in einem offenen Rohr erzeugen, von den Frequenzen unterscheiden, die stehende Wellen erzeugen, wenn das Rohr ein geschlossenes Ende hat.