Phasensprung

Heute im PHYSIK-UNTERRICHT: : | Phasensprung ✔ |

Der Phasensprung ist ein physikalischer Vorgang, bei dem sich die Phase einer Welle abrupt ändert. Im nebenstehenden Bild beträgt der Phasensprung bei A etwa 90°, bei B und D je etwa 180°.

Phasensprünge bei Sinuswellen

Phasensprünge sind für Interferenzphänomene unterschiedlichster Wellenarten von Bedeutung, insbesondere für die Bildung von stehenden Wellen in geschlossenen Räumen.

Ursachen

Phasensprünge beliebiger Werte können spontan in einer Lichtquelle entstehen. In Glühlampen treten sie sehr häufig auf, in Lasern sehr selten (siehe Kohärenzlänge).

Ist nl < ns < ng, tritt an A ein Phasensprung auf, an B jedoch keiner.

Phasensprünge geschehen an bestimmten Grenzflächen. Wird beispielsweise Licht an einem optisch dichteren Medium oder einer Metalloberfläche reflektiert, so sind die einfallende und die reflektierte Welle um $ \frac{\lambda}{2} $ gegeneinander verschoben (λ = Wellenlänge). Das entspricht einer Phasenverschiebung um $ \Delta \varphi = \pi =180^\circ $. Bei der Reflexion am optisch dünneren Medium, z. B. am Übergang von Glas zu Luft in einem Prisma, tritt dagegen kein Phasensprung auf.

Bei einer unstetigen Änderung der Wellenimpedanz beispielsweise an der Verbindungsstelle einer elektrischen Leitung (Koaxialkabel) mit einer Antenne gilt Vergleichbares.

Für quantenmechanische Wellenfunktionen ergibt sich ein Phasensprung von $ \pi $ bei der Reflexion an einem Potentialwall.

Phasensprung bei Wasserwellen

Partielle Clapotis

Im Gegensatz zur nahezu perfekten Reflexion an einer vertikalen Wand (Ufermauer), bei der kein nennenswerter Phasensprung auftritt, ist bei geneigten Uferböschungen (geneigten Wänden) die Größe des Phasensprunges (= Phasendifferenz zwischen einfallender und reflektierter Welle) sowohl vom Neigungswinkel und der Oberflächenbeschaffenheit der Wand als auch von der Länge und der Höhe der Wellen abhängig. Unter diesen Umständen überlagern sich einfallende und reflektierte Wellen zu partiell stehenden Wellen (partielle Clapotis). Relativ steile Uferböschungen vorausgesetzt, werden Phasensprünge umso größer, je kürzer die Wellen und je geringer die Böschungsneigung ist. Für Phasensprünge mit $ \Delta \varphi \approx\pi $ (180°) befindet sich ein Schwingungsknoten etwa an der Böschungsoberfläche, vergl. nebenstehende Abbildung. Phasensprünge mit $ \Delta \varphi>\pi $ (180°) wurden für ebene Böschungsneigungen 1:n ≤ 1:3 und Wellenfrequenzen f ≥ 0,6 Hz ermittelt. Der Phasensprung tritt auch als Phasenwinkel eines als komplex definierten Reflexionskoeffizienten in Erscheinung.

Literatur

Büsching, Fritz: Phasensprung bei der partiellen Reflexion irregulärer Wasserwellen an steilen Uferböschungen, 1. HANSA – International Maritime Journal - C 3503 E, 147, H.5 p.87-98, 2010. 2. BINNENSCHIFFFAHRT - C 4397 D, 65, H.9 p.73-77 & H.10 p.64-69, 2010.

Büsching, Fritz.: Phase Jump due to Partial Reflection of Irregular Water Waves at Steep Slopes, Coastlab 10, Barcelona, Spain, 28th-30th September, 1st October 2010, Paper No. 67, p.1-9.

Siehe auch


Das könnte Dich auch interessieren