Ein paar Fragen zum Licht

  • wie gross ist die Amplitude der Lichtwellen (z.B. fuer rotes Licht)
  • Handelt es sich bei Licht um Transversalwellen- und wenn ja…
  • … schwingt ja etwas (-oder auch nichts, da es ja bewiesenermassen keinen Aether gibt) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung; in welchen Richtungen aber? Ich meine, wenn ich eine Lichtwelle von hinten betrachten wuerde und mir zur Beschreibung der Wellenbewegung z.B. das Zifferblatt einer Uhr als Koordinatensystem denke, wuerde die Welle ja nicht nur in 12=>6 Uhr Richtung schwingen, da sie dann nicht polarisierbar waere. Schwingt sie also gleichzeitig auch in 3=>9Uhr-Richtung, oder sogar in allen Richtungen?
  • Gibt es noch andere Wellenarten, als Transversal- und Schallwellen?

Marcus

  • wie gross ist die Amplitude der Lichtwellen (z.B. fuer rotes
    Licht)

Die Amplitude (die Stärke) hängt von der Helligkeit ab. Was Du vermutlich wissen willst, ist die Frequenz, oder Wellenlänge. Licht wird als rot wahrgenommen, wenn es eine Wellenlänge zwischen 670 und 620 Nanometern hat.

  • Handelt es sich bei Licht um Transversalwellen- und wenn
    ja…
  • … schwingt ja etwas (-oder auch nichts, da es ja
    bewiesenermassen keinen Aether gibt) senkrecht zur
    Ausbreitungsrichtung;

Das Licht ist eine elektromagnetische Transversal-Welle. Elektrische Felder, die ihre Stärke mit der Zeit ändern, erzeugen senkrecht zu sich selbst magnetische Felder, und umgekehrt. diese Felder erzeugen sich stets gegenseitig selbst , und so breiten sie sich durch den Raum aus. Die Schwingungsrichtung ist die „Polarisation“ des Lichts. Die Felder schwingen senkrecht zu Ausbreitungsrichtung.

  • Gibt es noch andere Wellenarten, als Transversal- und
    Schallwellen?

Meines Wissens Transversal und Longitudinalwellen.

Gruß, Moriarty

  • wie gross ist die Amplitude der Lichtwellen (z.B. fuer rotes
    Licht)

Interessante Frage; würde mich auch mal interessieren. Mit der Farbe ist zwar die Energie der Photonen festgelegt, nicht jedoch die Abmessung und Intensität der Welle. Ich habe bisher auch noch keine konkreten Informationen darüber gefunden.

  • Handelt es sich bei Licht um Transversalwellen- und wenn

Ja

ja…

  • … schwingt ja etwas (-oder auch nichts, da es ja
    bewiesenermassen keinen Aether gibt) senkrecht zur
    Ausbreitungsrichtung; in welchen Richtungen aber? Ich meine,
    wenn ich eine Lichtwelle von hinten betrachten wuerde und mir
    zur Beschreibung der Wellenbewegung z.B. das Zifferblatt einer
    Uhr als Koordinatensystem denke, wuerde die Welle ja nicht nur
    in 12=>6 Uhr Richtung schwingen, da sie dann nicht
    polarisierbar waere. Schwingt sie also gleichzeitig auch in
    3=>9Uhr-Richtung, oder sogar in allen Richtungen?

In Bewegungsrichtung gesehen stehen elektrische und magnetische Komponente einer Welle, senkrecht aufeinander und sind zusätzlich noch um 90° in Ausbreitungsrichtung versetzt, d.h. die magn. Komponente hat dort ein Maximum, wo die elektrische ein Minimum hat und umgekehrt.
Man kann einer Welle noch eine zweite überlagern, die in ihrer Polarisationsrichtung um 90° gedreht ist und sich unabhängig von der Ersten ausbreiten könnte. Die Summe dieser Wellen kann dann in jede beliebige Richtung schwingen. Die ist auch bei unpolarisierten Lichtquellen der Fall. Mit einem Polfilter kann man gezielt eine Richtung herausfiltern.
Diesen Umstand nutzt man auch bei Satellitenfernsehen, um die zur Verfügung stehenden Frequenzen doppelt ausnutzen zu können ( horizontale und vertikale Polarisation ). Man kann also auf einer Frequenz 2 Kanäle auf 2 Polarisationsebenen unabhängig voneinander übertragen.

Jörg

Hallo,

meines Wissen nach handelt es sich bei Licht um eine transversale Welle, bei der also der E-Vektor und der B-Vektor senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen stehen. Dabei steht E auch senkrecht auf B und des gilt noch so einiges, wie z.B. E = c*B (c = Lichtgeschwindigkeit).

Wenn z.B. die Ausbreitungsrichtung der Welle in z-Richtung erfolgt, so stelle ich mir immer die x,y-Ebene vor, auf der also der z-Vektor (z-Richtung) senktrecht steht. Der E-Vektor als elektrischer Feldstaerke-Vektor liegt dann genau in dieser Ebene. Dieser kann irgendwie in dieser Ebene liegen und man kann dann den E-Vektor in Anteile Ex sowie Ey zerlegen (X,Y-Komponenten). Das ist manchmal hilfreich, denn neben linear polarisiertem Licht, gibt es z.B. auch zirkular oder elliptisch polorisiertes Licht. In allen Faellen ist es aber letztendlich transversal.

Das Betragsquadrat der Feldstaerke ist dann ein Mass fuer die Intensitaet des Lichtes, also die Energie die pro Zeit und Flaeche irgendwo auftrifft. Bei harmonischen Wellen kommt dann bei der Mittelung ein Faktor 1/2 mit ins Spiel, sowie die Lichtgeschwindigkeit…usw.

BYE

Hallo Moriaty, Joerg & Vir2allender,
Danke fuer Eure Antworten und noch ein paar Nachfragen,

Die Amplitude (die Stärke) hängt von der Helligkeit ab. Was Du
vermutlich wissen willst, ist die Frequenz, oder Wellenlänge.
Licht wird als rot wahrgenommen, wenn es eine Wellenlänge
zwischen 670 und 620 Nanometern hat.

Ich meinte schon die Amplitude-, also bei einer klassischen transversalen Welle die Hoehe des Wellenberges. Diese haengt also von der Helligkeit ab (Moriaty). Bei Gleichbleibender Wellenlaenge, gibt es beim Licht also unterschiedlich hohe Wellenberge - die Lichtgeschwindigkeit ist davon aber unabhaengig, richtig?

  • Handelt es sich bei Licht um Transversalwellen- und wenn
    ja…
  • … schwingt ja etwas (-oder auch nichts, da es ja
    bewiesenermassen keinen Aether gibt) senkrecht zur
    Ausbreitungsrichtung;

Das Licht ist eine elektromagnetische Transversal-Welle.
Elektrische Felder, die ihre Stärke mit der Zeit ändern,
erzeugen senkrecht zu sich selbst magnetische Felder, und
umgekehrt. diese Felder erzeugen sich stets gegenseitig selbst
, und so breiten sie sich durch den Raum aus. Die
Schwingungsrichtung ist die „Polarisation“ des Lichts. Die
Felder schwingen senkrecht zu Ausbreitungsrichtung.

Ich habe da Schwierigkeiten, mir das bildlich vorzustellen. So’n elektrisches Feld, welches seine Staerke aendert erzeugt ein magnetisches Feld u.s.w. - aber warum nur in der Ausbreitungsrichtung des Lichtes? Ein Feld habe ich mir immer so vorgestellt, dass die Feldlinien in sich geschlossen sind, war das falsch? Die Felder, die sich aus dieser Vorstellung ergeben, sind dann dreidimensionale Gebilde (mit unendlicher Ausdehnung oder zumindest ohne klare Grenzflaeche) mit einer bestimmten raeumlichen Dichteverteilung. Wenn sich die Feldstaerke aendert, veraendert sich die Dichte - dies aber an allen Punkten des Feldes und im gesamten el. Feld gibt es Vektoren, die in alle Richtungen zeigen und hierzu senkrechte magnetische Felder induzieren und Licht haette dann keine geradlinige Ausbreitung mehr. Versteht jemand, was ich sagen will? :~) In jedem Punkt der Wellenfront des Lichtes wuerde sich die Welle auch ruechwaerts und seitwaerts ausbreiten und unsere astronomischen Beobachtungen koennten wir ueber den Haufen werfen :~( Wo liegt mein Denkfehler?

  • Gibt es noch andere Wellenarten, als Transversal- und
    Schallwellen?

Meines Wissens Transversal und Longitudinalwellen.

Meines Wissens sind Longitudinalwellen definitionsgemaess immer Schallwellen (ob sie nun hoerbar sind oder nicht). Ich habe nur Schallwellen geschrieben, weil ich nicht wusste, wie man „longitudinal“ schreibt.
Wie ist das z.B. wenn zwei Leute ein Seil in der Hand halten und einer mit seiner Hand eine Drehbewegung ausfuehrt? Bei bestimmten Drehgeschwindigkeiten sieht man dann soetwas wie eine stehende Welle, wobei die Punkte auf der Seiloberflaeche sich zwar senkrecht zur Ausbreitungsrichtung bewegen, aber eben auf einer Kreisbahn. Spricht man hier auch von einer Transversalwelle? Ist es vielleicht dass, was Vir2allender mit „zirkular polarisiertem Licht“ meinte?

Gruß, Marcus

Hallo

…und im gesamten el. Feld gibt es
Vektoren, die in alle Richtungen zeigen und hierzu senkrechte
magnetische Felder induzieren und Licht haette dann keine
geradlinige Ausbreitung mehr.

Ich glaube, du stellst die Feldlinienbilder falsch vor. Ich kann’s aber hier auch nicht richtig erklären, am besten siehst du dir mal in einem Physikbuch an oder suchst mal im Netz. Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte, danach werden sich bestimmt alle Fragen erledigt haben.

Meines Wissens sind Longitudinalwellen definitionsgemaess
immer Schallwellen (ob sie nun hoerbar sind oder nicht).

Definitionsgemäß sind Longitudinalwellen Welle, die in Ausbreitungsrichitg oszillieren und Transversalwellen Wellen, die senkrecht zur Bewegungsrichtung oszillieren. Damit hast du alle Schwingunsrichtungen und damit alle Welletypen erfaßt.

Wie ist das z.B. wenn zwei Leute ein Seil in der Hand halten
und einer mit seiner Hand eine Drehbewegung ausfuehrt? Bei
bestimmten Drehgeschwindigkeiten sieht man dann soetwas wie
eine stehende Welle, wobei die Punkte auf der Seiloberflaeche
sich zwar senkrecht zur Ausbreitungsrichtung bewegen, aber
eben auf einer Kreisbahn. Spricht man hier auch von einer
Transversalwelle?

Klar, die Punnkte bewegben sich ja senkrecht zur Ausbreitungsrichtung (=Seilrichtung)

Ist es vielleicht dass, was Vir2allender mit

„zirkular polarisiertem Licht“ meinte?

Ganz genau.

OLIVER

Hallo Marcus

Die Amplitude (die Stärke) hängt von der Helligkeit ab. Was Du
vermutlich wissen willst, ist die Frequenz, oder Wellenlänge.
Licht wird als rot wahrgenommen, wenn es eine Wellenlänge
zwischen 670 und 620 Nanometern hat.

Ich meinte schon die Amplitude-, also bei einer klassischen
transversalen Welle die Hoehe des Wellenberges. Diese haengt
also von der Helligkeit ab (Moriaty). Bei Gleichbleibender
Wellenlaenge, gibt es beim Licht also unterschiedlich hohe
Wellenberge

Würde ich nicht so sagen. Das gilt vieleicht für Radiowellen, aber nicht für normales Licht. Bei Licht ergibt sich die Intensität bzw. Helligkeit aus der Anzahl der Photonen pro Zeiteinheit. Erst bei monochromatischem Laserlicht kann man von einer Erhöhung der Amplitude durch Überlagerung gleichphasiger Photonen sprechen. Das kann im Extremfall bis zur Ionisation der Luft reichen.

  • die Lichtgeschwindigkeit ist davon aber

unabhaengig, richtig?

ja, Lichtgeschwindigkeit ist zumindest im Vakuum konstant.

  • Handelt es sich bei Licht um Transversalwellen- und wenn
    ja…
  • … schwingt ja etwas (-oder auch nichts, da es ja
    bewiesenermassen keinen Aether gibt) senkrecht zur
    Ausbreitungsrichtung;

Das Licht ist eine elektromagnetische Transversal-Welle.
Elektrische Felder, die ihre Stärke mit der Zeit ändern,
erzeugen senkrecht zu sich selbst magnetische Felder, und
umgekehrt. diese Felder erzeugen sich stets gegenseitig selbst
, und so breiten sie sich durch den Raum aus. Die
Schwingungsrichtung ist die „Polarisation“ des Lichts. Die
Felder schwingen senkrecht zu Ausbreitungsrichtung.

Ich habe da Schwierigkeiten, mir das bildlich vorzustellen.
So’n elektrisches Feld, welches seine Staerke aendert erzeugt
ein magnetisches Feld u.s.w. - aber warum nur in der
Ausbreitungsrichtung des Lichtes? Ein Feld habe ich mir immer
so vorgestellt, dass die Feldlinien in sich geschlossen sind,
war das falsch? Die Felder, die sich aus dieser Vorstellung
ergeben, sind dann dreidimensionale Gebilde (mit unendlicher
Ausdehnung oder zumindest ohne klare Grenzflaeche) mit einer
bestimmten raeumlichen Dichteverteilung. Wenn sich die
Feldstaerke aendert, veraendert sich die Dichte - dies aber an
allen Punkten des Feldes und im gesamten el. Feld gibt es
Vektoren, die in alle Richtungen zeigen und hierzu senkrechte
magnetische Felder induzieren und Licht haette dann keine
geradlinige Ausbreitung mehr. Versteht jemand, was ich sagen
will? :~) In jedem Punkt der Wellenfront des Lichtes wuerde
sich die Welle auch ruechwaerts und seitwaerts ausbreiten und

Nach dem Huygens’schen Prinzip tut sie genau das. Danach ist jeder Punkt, den die Welle erreicht, Ausgangspunkt für eine neue Kugelwelle. Wenn man das an eine ankommenden Wellenfront einfach mal geometrisch durchspielt, wird man feststellen, daß sich all die unendlich vielen Kugelwellen am Ende auf wundersame Weise doch wieder auslöschen, bis auf die ursprüngliche Wellenfront, die sich geradlinig ausbreitet. Wenn die Breite der Wellenfront durch eine Blende begrenzt ist, kann man so auch sehr anschaulich die Beugung der Welle am Spalt (Spalteffekt) oder andere Intefferenzmuster sowie die Lichtbrechung erklären.
Kurz gesagt: Die Richtung, in die sich die Welle bewegt, wird durch die Orte im Raum bestimmt, wo sich die Wellenanteile gleichphasig addieren können. Das ist im freien Raum nur bei einer geradlinigen Ausbreitung möglich.

unsere astronomischen Beobachtungen koennten wir ueber den
Haufen werfen :~( Wo liegt mein Denkfehler?

Nicht einmal unsere Augen würden dann hier unten auf der Erde funktionieren.

  • Gibt es noch andere Wellenarten, als Transversal- und
    Schallwellen?

Meines Wissens Transversal und Longitudinalwellen.

Meines Wissens sind Longitudinalwellen definitionsgemaess
immer Schallwellen (ob sie nun hoerbar sind oder nicht). Ich
habe nur Schallwellen geschrieben, weil ich nicht wusste, wie
man „longitudinal“ schreibt.

In der Praxis wird es wohl so sein, ist aber bestimmt nicht so definiert. Es wären ja auch andere Arten von Druckwellen vorstellbar.

Wie ist das z.B. wenn zwei Leute ein Seil in der Hand halten
und einer mit seiner Hand eine Drehbewegung ausfuehrt? Bei
bestimmten Drehgeschwindigkeiten sieht man dann soetwas wie
eine stehende Welle, wobei die Punkte auf der Seiloberflaeche
sich zwar senkrecht zur Ausbreitungsrichtung bewegen, aber
eben auf einer Kreisbahn. Spricht man hier auch von einer
Transversalwelle? Ist es vielleicht dass, was Vir2allender mit
„zirkular polarisiertem Licht“ meinte?

Schallwellen können auch transversal sein. Man kann vieleicht noch unterscheiden zwischen Seilwellen ( Dein Beispiel ), Oberflächenwellen ( auf Flüssigkeiten oder Festkörpern ) und Torsionswellen.
Bei zirkular polarisierten Wellen haben die beiden transversalen Komponenten eine zeitliche Phasenverschiebung von 90°. Die Welle bewegt sich dadurch spiralförmig fort. Bei einer stehenden Welle ergibt sich dann tatsächlich eine Kreisbewegung.

Jörg

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em-Wellen im Raum
Hi Marcus

deine Fragen wurden ja schon ziemlich alle beantwortet. Aber einiges bleibt noch übrig…

Zunächst das räumliche Szenario eine em-Welle. Eine solche wird in der Regel durch einen schwingenden Dipol erzeugt und sie breitet sich sphärisch aus - allerdings nicht kugelsymmetrisch, denn die Welle hat zwei Pole (die in der Achse des Dipols liegen). Das hat einen topologischen Grund: der elektrische Vektor der Welle z.B. steht ja auf der (radialen) Ausbreitungsrichtung senkrecht, er liegt daher immer tangential zu der Sphäre der Ausbreitungsfront. Aber im 3-dimensionalen Raum R(3) können auf einer S(2) (=einer Kugelsphäre) parallele Tangentenvektoren nicht ohne Unstetigkeitsstelle in allen Punkten angelegt werden… es gibt auf der Sphäre immer zwei Punkte, an denen die Tangenten nicht mehr (anschaulich gesagt) „glatt anliegen“ können: das sind Pol-Stellen. Das ist derselbe Grund, weshalb dein Haar auf dem Kopf eine Wirbelstelle hat, wenn du es glatt ankämmen willst: an einer Stelle stehen die Haare orthogonal auf der Kopfhaut - und das geht mathematisch nicht anders.

Bei einer S(1) im R(2) (= eine Kreislinie) ist das anders: hier kannst du die Tangenten überall glatt anlegen. Man sagt auch humorvoll: ein 2-dim Igel ist „überall kämmbar“, ein 3-dim Igel nicht. Ein 4-dim Igel ist dagegen wieder kämmbar ohne „Pol“, ein 8-dim Igel ebenfalls… aber sonst gibt es in beliebig dimensionalen Räumen keine kämmbaren „Hypersphären“ mehr.

Ein 3-dim elektrisches Feld um eine Punktladung ist natürlich kugelsymmetrisch, aber eine Feldstörung (Welle) hat somit notwendigerweise die Gestalt einer geschälten Apfelsine (wobei der magnetische Vektor in jedem Punkt orthogonal dazu steht…etc…

Zu deiner Frage nach dem „räumlichen“ Ausmaß der Amplitude einer em-Welle: die Phase einer em-Welle, also die „Auslenkung“ (Elongation) an einer jeweiligen Stelle, ist eine rein mathematische Größe… sie ist nicht im physikalischen Sinn „observabel“ (beobachtbar, meßbar). Das ist bei der Amplitude, die die maximale Elongation bezeichnet, nicht anders. In einer bildlichen Darstellung der Sinuskurve ist die Abszisse z.B. der Ort (oder für einen festen Ort die Zeit), aber die Ordinate ist eine Größe, deren Quadrat (!) die „Intensität“ der Welle angibt - im quantenmechanischen Teilchenbild entspricht das der Photonendichte. Diese Größe hat also gar keine räumliche Bedeutung.

Deine (helixförmige) Seilwelle ist tatsächlich eine zirkular-polarisierte Welle. Sie entsteht, wenn zwei orthogonale Schwingungsrichtungen gegeneinander phasenverschoben sind.

Für vektorielle Wellen gibt es nur die zwei Möglichkeiten: longitudinal (Schallwelle ist nur EIN Beispiel davon!) oder transversal. Aber es gibt auch andere Wellenformen, nämlich solche, die von anderen mathematischen Größen als von Vektoren gebildet werden. Der Vektor einer elektrischen Feldstörung ist eine 1-dim Größe mit 3 Komponenten, die im 3-dim Raum liegt. Ein solcher Vektor ist ein sog. „3er-Tensor 1. Stufe“ und er hat daher 3 Komponenten.
Aber es gibt z.B. 4er-Tensoren 2. Stufe, die 16 Komponenten haben: Gravitationswellen sind ein Beispiel dafür…

Grüße
M.G.

Hallo Metapher,
Vielen Dank fuer Deine sehr informative Antwort. Ich kann zwar nicht behaupten, dass mir beim Lesen sofort alle Schuppen von den Augen gefallen waeren, aber ich habe begriffen, wie naiv ich mir vorher das Wesen- und die Ausbreitung des Lichtes vorzustellen versuchte. Ich wuerde gerne mehr ueber die aktuellen Vorstellungen zum Elektromagnetismus und der Gravitation erfahren, habe aber Angst, mir viel Mist anzulesen, da ich weder im Netz- noch bei Bûchern die Spreu von dem Weizen trennen kann. Hâttest Du da vielleicht einen Tipp? Fûr Laien verstândlich und schôn anschaulich - so weit es eben das Thema zulâsst.
Gruss, Marcus