Faraday Waves
Thema
Aufgabenstellung
A droplet of less viscous liquid floating in a bath of a more viscous liquid develops surprising wave-like patterns when the entire system is set into vertical oscillation. Investigate this phenomenon and the parameters relevant to the production of stable patterns.
Übersetzung
Ein Tropfen einer weniger viskosen Flüssigkeit, der in einem Bad mit einer viskoseren Flüssigkeit schwimmt, entwickelt überraschende wellenartige Muster, wenn das gesamte System in vertikale Schwingungen versetzt wird. Untersuchen Sie dieses Phänomen und die Parameter, die für die Erzeugung stabiler Muster relevant sind.
Leitfragen
- Welche Flüssigkeiten eignen sich für den Tropfen und das Bad?
- Kannst Du die "surprising wave-like patterns" beobachten?
- Welche Eigenschaften (Frequenz, Amplitude, Form) der vertikalen Oszillation sind wichtig?
- Wie kannst Du die Eigenschaften der Flüssigkeiten variieren und welchen Einfluss haben sie?
- Bei welchen Parameterkombinationen entstehen stabile Strukturen?
Theorie
Die Theorie hinter der Entstehung von Surprise Wave like Patterns ist sehr komplex, und ich untersuche sie aktuell noch, zudem verbirgen sich hinter jeder Form andere komplexe Physikalische Phänomene.
Was sich simpel erklären lässt, ist die enstehung von den "normalen" Faradayschen Wellen, die stehenden Wellen. Diese zeichnen sich auf dem Tropfen bei bestimmten Frequenzen ab.
Diese entstehen durch die Interferenz zweier Wellen: einer hinlaufenden Welle und einer reflektierten Welle. Wenn eine Welle auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien trifft, zum Beispiel auf eine Wasseroberfläche, wird ein Teil der Welle reflektiert und eine Gegenwelle erzeugt. Wenn diese beiden Wellen miteinander interferieren, entstehen stehende Wellen auf der Oberfläche des Tropfens.
Die stehenden Wellen zeigen sich als Bereiche mit erhöhter oder verringerte Amplitude auf der Tropfenoberfläche. An den Stellen, an denen sich die hinlaufende und die reflektierte Welle in Phase befinden, verstärken sie sich gegenseitig und erzeugen Bäuche, also Bereiche mit erhöhter Amplitude. An den Stellen, an denen sich die beiden Wellen in entgegengesetzter Phase befinden, heben sie sich gegenseitig auf und erzeugen Knoten, also Bereiche mit minimaler oder sogar keiner Amplitude.
Aufbau
Links zu sehen ist der aktuelle Versuchsaufbau. Zu sehen ist ein Frequenzengenerator angeschlossen an ein Lautsprecher in dem sich ein auswechselbares Gefäß befindet.
Daten
Hier kommen keine Rohdaten sondern möglichst gut ausgewertete Daten rein - Graphen, Ausgleichskurven, etc. mit Fehlerbetrachtung!
Fazit
Eine kurze Zusammenfassung eurer Erkenntnisse.
Erfolge
GYPT Onlinewettbewerb zweiter Platz
Quellen
Eure wichtigsten verwendeten Quellen mit Verweisen im Text!
