elastische Schwingungen

elạstische Schwingungen,

 

in festen Körpern durch äußere Krafteinwirkung auftretende Schwingungen der atomaren Bausteine um ihre Ruhelage, die auf dem Zusammenwirken der an ihnen wirksam gewordenen Trägheitskräfte und elastische Rückstellkräfte beruhen und zu Gitterschwingungen der Atome oder zu makroskopischen Dichteschwingungen im Körper führen. Da sich durch die zwischen den atomaren Bausteinen bestehenden Bindungskräfte jede lokale Störung auf die Nachbaratome überträgt, breiten sich diese elastischen Schwingungen in Form fortschreitender elastischer Wellen im Körper aus. Es können Longitudinalwellen beziehungsweise Längswellen (Dichte-, Kompressions-, Verdichtungswellen) sein, bei denen die Teilchen in Ausbreitungsrichtung schwingen, oder Transversalwellen beziehungsweise Querwellen (Scherungswellen), bei denen die Teilchen senkrecht zu dieser schwingen. Beide Wellentypen breiten sich mit verschiedener Geschwindigkeit aus. Das Verhältnis der Längs- zur Querwellengeschwindigkeit hängt nur von der Poisson- oder Querdehnungszahl ν (Dehnung) ab und beträgt für die meisten Metalle etwa 1,9. Ergibt sich nach Reflexion einer Welle an den Körperbegrenzungen ein gleicher Schwingungszustand der Teilchen (Phasengleichheit der Wellenzüge), so entsteht als stehende Welle eine Eigenschwingung des angeregten Körpers. Bei hinreichend großer Störungsenergie wird der Körper stets zu einer Eigenschwingung angeregt, da alle nicht in Phase geratenen Wellenzüge sich bald durch Interferenz gegenseitig auslöschen. Beispiele von elastischen Schwingungen und Wellen sind außer den Gitterschwingungen und -wellen die Schallschwingungen und -wellen (Schall), die Erdbebenwellen sowie - als elastische Schwingungen, die ein Körper (z. B. ein Stab) als Ganzes ausführt - die Biegeschwingungen und Drehschwingungen. Wird er in Längsrichtung zusammengedrückt, entstehen in ihm Verdichtungsschwingungen, bei denen die Dichte an jeder Stelle periodisch um einen Mittelwert schwankt. Bei diesen elastischen Schwingungen bilden sich in der einfachsten Form stehende Wellen aus.