Reflexion von Wellen an einem Medium?

Albern Zweistein · Anmeldungsdatum: 19.12.2014 Beiträge: 1

Meine Frage:
Hallo,

ich habe eine Aufgabe aus meiner Physik Übung versucht nachzuarbeiten, jedoch habe ich es nicht geschafft den Lösungsweg nachzuvollziehen.

Aufgabe ist, dass in einem senkrecht stehenden Rohr die untere Hälfte mit Wasser, die obere mit einem Öl gefüllt ist.
Von einer ebenen Welle, die im Wasser senkrecht nach oben läuft werden 3% der Amplitude an der Grenzschicht reflektiert, wobei die Schalldruckamplitude im Wasser direkt unter der Grenzschicht größer ist, als die der einlaufenden Welle.

Danke im Vorraus!

Meine Ideen:
a) Gesucht: Phasensprung des Schalldrucks bei der Reflexion

Lösung: P(einfallende)+P(reflektierte) > P(einfallende)

daraus folgt: Konstruktive Überlagerung --> Phasensprung=0

----> aber warum kann man das so machen und warum bedeutet P(einfallende)+P(reflektierte) > P(einfallende) = konstruktive Überlagerung?

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3571

Hallo,

bei
- ebenen Wellen und
- senkrechtem Schalleinfall zwischen
- zwei Fluiden
sind ausschließlich die sogenannten akustischen Impedanzen der beiden Medien (W: Wasser, O: Öl) für die Schallreflexion zu berücksichtigen. Mit ungefähren Werten für Wasser und Sonnenblumenöl ergibt sich für die ak. Impedanzen:

Der Reflexionsfaktor für den Schalldruck beim Übergang Wasser --> Öl ergibt sich zu:

bzw. für die umgekehrte Richtung

Da die akustischen Impedanzen für beide Medien reelle Zahlen sind, kann sich nur ein positiver oder ein negativer Wert für den Reflexionsfaktor ergeben*. Beim Übergang Wasser --> Öl ist der Reflexionsfaktor mit den oben genannten Zahlen negativ**.
Folglich wird unmittelbar vor dem Ort des Medienübergangs die reflektierte Welle von der einlaufenden Welle subtrahiert. Es wundert mich, dass das bei Deiner Physikaufgabe anders ist. Es muss sich also um ein ganz besonders schweres Öl handeln, oder es liegt ein Irrtum vor.

Viele Grüße
Michael

*Im allgemeinen Fall ist der Reflexionsfaktor eine komplexe Zahl, die winkel- und frequenzabhängig ist. Das Modell mit der akustischen Impedanz funktioniert nur bei Fluiden und nur bei senkrechtem Schalleinfall.
** Das ist plausibel, da das Öl akustisch weicher ist als Wasser. Akustisch besonders weich ist das Vakuum mit

. Beim Übergang von einem Medium zum Vakuum beträgt der Reflexionsfaktor -1. An der Grenze zwischen Medium und Vakuum kann sich folglich kein Druck entstehen (das Vakuum gibt komplett nach).