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Schwingungen und Wellen einfach erklärt

Klassenstufe:

Was sind Schwingungen und Wellen?

Die beiden Definitionen von Schwingungen und Wellen haben in der Physik einen engen Zusammenhang. Eine Schwingung liegt vor, wenn sich eine physikalische Zustandsgröße periodisch mit der Zeit um einen Mittelwert herum ändert. Das kann zum Beispiel der Wasserstand im Meer sein, der periodisch steigt und sinkt. Eine Welle ist eine Schwingung, die sich durch den Raum ausbreitet.

Vielleicht ist es dir nicht bewusst, aber Schwingungen begegnen dir überall im Alltag. Das beste Beispiel ist der Schall, den du hören kannst. Denn Schall ist nichts anderes als eine Druck- oder Dichteschwingung der Luftmoleküle.

Wir zeigen dir hier alle Eigenschaften von Schwingungen und Wellen, die du kennen solltest, und erläutern, was man so alles als Welle oder Schwingung beschreiben kann. Falls du dich schon einmal auf die nächste Klassenarbeit vorbereiten möchtest, dann kannst du einen Blick in unsere Klassenarbeiten mit Musterlösungen werfen.

Schwingungen und Wellen – die beliebtesten Themen

Welche Eigenschaften haben Schwingungen und Wellen?

Wenn es darum geht, Schwingungen und Wellen mathematisch zu beschreiben, greifen wir auf diese Eigenschaften zurück:

  • Amplitude
  • Wellenlänge
  • Frequenz und Periodendauer
  • Phasenverschiebung

Während die Amplitude ein Maß für die Höhe der Auslenkung ist, verrät dir die Wellenlänge den Abstand zwischen zwei Wellenbergen. An der Frequenz und der Periodendauer kannst du erkennen, wie schnell die Wiederholungen aufeinander folgen. Wenn es zwei verschiedene Schwingungen gibt, dann verrät dir die Phasenverschiebung, wie die Schwingungen zueinander liegen.

Mehr Informationen findest du in unserem Lernweg für die Eigenschaften von Wellen. Dort erklären wir dir auch, welche Formeln es zu Schwingungen gibt und wie du ihre Eigenschaften aus einem Graphen bestimmen kannst.

Was ist der Unterschied zwischen Schwingungen und Wellen?

Eine Schwingung ist in der Physik also die periodische Änderung einer physikalischen Größe. Aber was genau ist jetzt eine Welle? Den Unterschied zwischen einer Welle und einer Schwingung kannst du dir so merken: Eine Schwingung ist immer lokal, d. h. an einen Ort gebunden. Eine Welle dagegen breitet sich im Raum aus.

Weil das ziemlich abstrakt klingt, schauen wir uns das noch einmal genauer an der La-Ola-Welle an, die durch ein Fußballstadion braust. Ein einzelner Zuschauer führt dabei eine Schwingung aus, weil er am gleichen Ort bleibt und seine Größe durch das Aufstehen und Hinsetzen periodisch schwankt. Wenn du dir aber alle Zuschauer zusammen anschaust, dann siehst du die Stadionwelle: Denn der Punkt, an dem die Zuschauer stehen, wandert durch das Stadion. Genau das ist die räumliche Ausbreitung der Welle. Daran siehst du auch, dass sich eine Welle immer aus Schwingungen zusammensetzt.

Hier sind noch einmal einige Unterschiede zwischen Schwingungen und Wellen zusammengefasst:

  Schwingung Welle
Lokalisierung Eine Schwingung ist an einen Ort gebunden. Eine Welle breitet sich im Raum aus.
Energie Bei einer Schwingung wird die Energie periodisch umgewandelt. Bei einer Welle wird die Energie durch den Raum transportiert. 
Beispiel Fadenpendel, Federpendel, Schwingung einer Stimmgabel La-Ola-Welle, Wasserwelle nach Steinwurf, Schallwelle

 

Wo kommen Wellen und Schwingungen vor?

Schwingungen und Wellen sind überall in unserem alltäglichen Leben zu finden. Wenn wir miteinander sprechen, führen unsere Stimmbänder eine Schwingung durch und unsere Worte breiten sich als Schallwellen im Raum aus. Es gibt aber noch weitere Schwingungen in unserem Körper: Das Hormon Melatonin steuert unseren Tag-Nacht-Rhythmus. Seine Produktion wird durch Licht beeinflusst und unterliegt so einer periodischen Schwingung. Auch das Licht selbst kannst du als elektromagnetische Schwingung auffassen. 

Genauso gäbe es keine Musik ohne Schwingungen und Schallwellen. Wenn du zum Beispiel eine Gitarre anschlägst, dann schwingt ihr Klangkörper und die Töne werden als Schallwellen ausgesendet und erreichen so unser Hörorgan.

In der Wissenschaft verwendet man außerdem periodische Funktionen, um Daten auszuwerten. Ein Beispiel dafür ist das Räuber-Beute-Modell für die Schwankungen von Tierpopulationen. In der Medizin benutzt man unter anderem elektromagnetische Schwingungen wie Röntgenstrahlung oder Ultraschall, um Diagnosen zu stellen.

Auch viele technische Anwendungen kommen nicht ohne Schwingungen aus. Bei Lautsprechern oder Kopfhörern gibt es beispielsweise eine Membran, die Schwingungen ausführt und so Schallwellen erzeugt. Auch die Fließrichtung des Wechselstroms, der aus unseren Steckdosen kommt, schwingt periodisch hin und her. In unserer modernen Welt erfolgt auch der tägliche Informationsfluss über die Erzeugung von Schwingungen in Antennen und das Aussenden von elektromagnetischen Wellen. Das gilt für z. B. für GPS-Signale, Radiowellen, unser WLAN und die Satellitenkommunikation.