Ausbreitungsgeschwindigkeit

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Unter Ausbreitungsgeschwindigkeit, auch Fortpflanzungsgeschwindigkeit genannt, versteht man die Geschwindigkeit, mit der sich die Ausbreitung in einem physikalischen System vollzieht. Zu unterscheiden sind die Phasengeschwindigkeit einer harmonischen Welle und die Gruppengeschwindigkeit einer impulsartigen lokalen Störung (z. B. Knall, Photon) Das bezieht sich auf:

eine physikalische Wirkung
die Phase einer Welle
Teilchen in einem Strom

Als vektorielle Feldgröße definiert die Ausbreitungsgeschwindigkeit über einen Richtungsvektor eine Ausbreitungsrichtung, den Wellenvektor.

[Bearbeiten] Ausbreitungsgeschwindigkeit bei Wellen

Für die Ausbreitungsgeschwindigkeit $v$ einer Welle gilt

$v = \lambda \cdot f \,$

Dabei ist λ die Wellenlänge und f die Frequenz der entsprechenden Welle.

Für elektromagnetische Wellen nimmt man für die Geschwindigkeit den Buchstaben c (lat. celeritas zu dt. Schnelligkeit):

$c = \lambda \cdot f \,$

Hier ist c die Lichtgeschwindigkeit, da bei elektromagnetischen Wellen die Ausbreitungsgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit ist. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist c = 299.792.458 m/s, also knapp 300.000 km/s; in anderen Medien ist sie geringer.

Für akustische Schallwellen nimmt man für die Schallgeschwindigkeit auch den Buchstaben c:

$c = \lambda \cdot f \,$

Hier ist c die temperaturabhängige Schallgeschwindigkeit, die in Luft bei 20 °C = 343 m/s beträgt.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit kann von der Wellenlänge abhängig sein, siehe Dispersion. Genauso ist es möglich, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit unabhängig von der Wellenlänge ist. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen ist zum Beispiel weitestgehend unabhängig von der Wellenlänge.

[Bearbeiten] Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen in einem Medium

Wenn sich Wellen in einem Medium ausbreiten, so ist ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit kleiner als wenn sich die Welle im Vakuum ausbreiten würde. Diese Geschwindigkeit kann mit Zeitbereichsreflektometrie gemessen werden. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit kann aus der Brechzahl n berechnet werden:

$v = {c \over n } \,$