Links sind Lichtwellen als transversale Schwingungen dargestellt. Sie verlaufen geradlinig von links nach rechts und treffen auf eine gestrichelte Linie, die eine Grenze oder ein Hindernis symbolisiert. An dieser Stelle können Reflexion oder Brechung entstehen, was die typische Eigenschaft elektromagnetischer Wellen im Raum verdeutlicht.
In der Mitte erscheinen Wasserwellen als konzentrische Kreise, die sich von einer Quelle in alle Richtungen ausbreiten. Die Ringe verdeutlichen, dass die Teilchen des Wassers nur auf- und abschwingen, während die Energie radial weitergetragen wird. Diese Darstellung macht die sichtbare Dynamik von Oberflächenwellen anschaulich.
Rechts sind Audiowellen als Longitudinalwellen zu sehen, die durch Verdichtungen und Verdünnungen der Luft entstehen. Rote Bereiche markieren die Zonen erhöhter Luftdichte, blaue Flächen die Ausdünnungen. Diese rhythmische Abfolge zeigt, wie Schallwellen Energie im Raum transportieren, ohne dass die Luft selbst dauerhaft in eine Richtung strömt.
Wellen breiten sich aus, indem sie Energie transportieren, ohne dass Materie dauerhaft mitwandert. Dabei hängt die Ausbreitungsform vom Wellentyp ab.
Lichtwellen sind elektromagnetische Wellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit geradlinig ausbreiten und dafür kein Medium brauchen. Sie können im Vakuum ebenso wie in Luft, Glas oder Wasser laufen und werden an Grenzflächen reflektiert, gebrochen oder gebeugt.
Wasserwellen bewegen sich an der Oberfläche in konzentrischen Ringen nach außen. Die einzelnen Wasserteilchen schwingen dabei auf und ab oder kreisförmig, kehren aber immer wieder an ihre Ausgangsposition zurück, während die Wellenfront die Energie weiterträgt.
Schallwellen sind Druckwellen, die ein Medium benötigen. Luftmoleküle geraten in Schwingung, indem sie sich abwechselnd verdichten und verdünnen. Die Verdichtungszonen wandern durch den Raum, obwohl die einzelnen Moleküle nur vor und zurück schwingen.
Allen Wellen gemeinsam ist, dass sie Reflexion, Brechung, Beugung und Interferenz zeigen können, wodurch ihr Verhalten an Grenzen, Hindernissen und im Zusammenwirken mehrerer Quellen bestimmt wird.
Beugung entsteht, wenn eine Welle auf ein Hindernis oder eine Öffnung trifft und sich dabei „um die Ecke“ ausbreitet. So kann Schall durch eine Tür hörbar bleiben oder Licht durch einen schmalen Spalt als Muster sichtbar werden.
Reflexion bedeutet, dass eine Welle an einer Grenze zurückgeworfen wird. Ein Echo ist das Zurückprallen von Schallwellen an einer Wand, ein Spiegel zeigt Lichtwellen, die geordnet reflektiert werden.
Interferenz passiert, wenn sich zwei Wellen treffen und überlagern. Dabei können sie sich gegenseitig verstärken, wenn Wellenberge auf Wellenberge treffen, oder abschwächen, wenn Berg auf Tal fällt. Das erzeugt Muster wie helle und dunkle Streifen oder laute und leise Töne.
Wellen können sich gegenseitig auslöschen, wenn sie gleichzeitig am gleichen Ort aufeinandertreffen und ihre Ausschläge entgegengesetzt sind.
Das passiert bei Interferenz, genauer bei destruktiver Interferenz. Wenn der eine Wellenberg genau auf ein Wellental trifft, heben sich ihre Ausschläge auf. Die beiden Bewegungen sind dann „gegenphasig“, also um eine halbe Wellenlänge verschoben.
Dieses Auslöschen kann man bei Schall hören, wenn zwei Lautsprecher denselben Ton mit entgegengesetzter Phase spielen – der Ton wird leiser oder verschwindet. Bei Wasserwellen sieht man Stellen, an denen die Wasseroberfläche ruhig bleibt, obwohl rundherum Wellen laufen. Bei Licht erscheinen dunkle Streifen in Interferenzmustern, weil sich die Helligkeit weglöscht.
Wichtig ist: Die Energie verschwindet nicht, sondern verteilt sich an andere Stellen, wo die Wellen sich gleichzeitig verstärken.