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Typische Fehler

Zwölf Stolperstellen aus dem Kapitel Wellen — von Hz = 1/s über den Winkel zum Lot bis zum Faktor 2 beim Michelson-Interferometer.

Mini-Checks 0 / 12 gelöst
A
Gruppe A · Fehler 1–3

Größen und Einheiten

1Hz stehen lassen statt 1/s einsetzen

c = λ · f = 2,0 m · 3,0 Hz Hz = 1/s SO NICHT 6,0 m · Hz keine Geschwindigkeit SO IST ES RICHTIG 6,0 m/s m · 1/s = m/s
Erst Hz durch 1/s ersetzen — dann steht die Einheit von selbst da.

Falsch: c = 2,0 m · 3,0 Hz = 6,0 m·Hz. Die Einheit „m·Hz“ bleibt unverändert stehen und wird als Ergebnis notiert.

Warum das naheliegt: In der Formel steht nun einmal „Hz“. Wer die Zahlen einsetzt, schleppt das Kürzel mit — und merkt nicht, dass Hz nichts anderes als 1/s ist. Genau daran scheitern später viele Einheitenrechnungen bei λ = c/f.

Richtig: Hz durch 1/s ersetzen, dann kürzt sich alles von selbst:

c = λ · f = 2,0 m · 3,0 1/s = 6,0 m/s Hinweiskachel „Einheiten“: λ in m, f in Hz → c in m/s. Prüfe bei jeder Aufgabe zuerst die Einheit — Hz gehört zur Zeit, m zum Raum, m/s zur Verknüpfung.
Mini-Check 1
Eine Wasserwelle hat λ = 2,0 m und f = 3,0 Hz. Wie groß ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit c?
m/s

2c = λ·T statt c = λ/T

λ = 4,0 m  ·  T = 2,0 s SO NICHT c = λ · T 4,0 m · 2,0 s = 8,0 m·s Weg mal Zeit SO IST ES RICHTIG c = λ / T 4,0 m / 2,0 s = 2,0 m/s Strecke pro Zeit
Die Einheitenprobe entscheidet: m·s ist keine Geschwindigkeit.

Falsch: c = λ · T = 4,0 m · 2,0 s = 8,0 m·s. Beide gegebenen Größen werden einfach multipliziert.

Warum das naheliegt: Bei c = λ · f wird ja auch multipliziert — und λ und T stehen beide in der Formelbox. Multiplizieren wirkt harmlos, weil man nicht auf die Einheit schaut.

Richtig: Multipliziert man einen Weg mit einer Zeit, kommt niemals eine Geschwindigkeit heraus. Es gilt

c = λ/T = λ · f  →  c = 4,0 m / 2,0 s = 2,0 m/s

Dasselbe gilt beim Umstellen: T = λ · c ergäbe m²/s — richtig ist T = λ ÷ c, Einheitenprobe m ÷ (m/s) = s.

Denkfigur „Strecke pro Zeit“ — dann steht die Zeit immer im Nenner.
Mini-Check 2
Aus der Momentaufnahme liest man λ = 4,0 m, aus dem Oszillogramm T = 2,0 s. Wie schnell läuft die Welle?
m/s

3nm und mm unverändert eingesetzt

Δx = λ·L / d 600 nm 600·10⁻⁹ m 0,20 mm 0,20·10⁻³ m L = 2,0 m schon in m SO NICHT 600 · 2,0 / 0,20 Faktor 10⁶ daneben SO IST ES RICHTIG 6,0·10⁻³ m = 6,0 mm
Erst alles in Meter — dann rechnen.

Falsch: d = 0,20 mm, λ = 600 nm und L = 2,0 m werden mit ihren Zahlenwerten so eingesetzt, wie sie dastehen: Δx = (600 · 2,0)/0,20. Das Ergebnis liegt um den Faktor 10⁶ daneben.

Warum das naheliegt: Alle drei Zahlen stehen schon in der Aufgabe. nm und mm wirken wie kleine Zusätze, die sich am Ende von selbst wegkürzen — tun sie aber nicht.

Richtig: d, λ, L und Δx alle konsequent in Meter einsetzen:

Δx = (600·10⁻⁹ m · 2,0 m) / (0,20·10⁻³ m) = 6,0·10⁻³ m = 6,0 mm

Dieselbe Falle beim Gitter (500 Striche/mm ⇒ g = 2,0 µm) und beim Michelson (2,0 µm = 2,0·10⁻⁶ m, 500 nm = 0,5·10⁻⁶ m).

Plausibilitätscheck: Streifenabstände am Doppelspalt liegen im Millimeterbereich. Kommt etwas ganz anderes heraus, steckt der Fehler fast immer in der Einheit.
Mini-Check 3
Doppelspalt: d = 0,20 mm, λ = 600 nm, L = 2,0 m. Wie groß ist der Streifenabstand Δx?
mm
B
Gruppe B · Fehler 4–6

Die Welle verstehen

4„Die Welle transportiert Materie“

Ruhelage Korken: nur auf und ab Energie wandert Materie bleibt am Ort
Die Wellenform läuft nach rechts — der Korken nicht.

Falsch: „Sie transportiert Materie in Ausbreitungsrichtung“ bzw. „Die Teilchen wandern mit der Welle mit bis zum Ufer.“

Warum das naheliegt: Wer eine Wasserwelle sieht, sieht die Wellenform nach außen laufen — und glaubt, das Wasser laufe zum Ufer. Der klassische Denkfehler.

Richtig: Jedes Teilchen des Wellenträgers führt nur seine eigene Schwingung um die Ruhelage aus; weitergegeben wird die Bewegungsform, nicht das Teilchen selbst. Der Korken wippt, treibt aber nicht davon: Energie wandert, Materie bleibt.

Gegenprobe beim Schall: Käme „die Luft vom Lautsprecher bis zu mir“, müsste in einem geschlossenen Raum nach einem Konzert ein spürbarer Wind entstehen — tatsächlich bleibt jedes Luftteilchen nahezu an seinem Platz.

Hinweiskachel „Energie wandert“: Die Welle transportiert Energie, nicht Materie.
Mini-Check 4
Was gibt eine mechanische Welle von Ort zu Ort weiter?

5„Schall ist eine Querwelle“

Querwelle (transversal) — z. B. Licht, Seilwelle Schwingung ⊥ Ausbreitung Längswelle (longitudinal) — Schall Verdichtung Verdünnung Schwingung ∥ Ausbreitung
Die gezeichnete Wellenlinie beim Schall zeigt nur den Druck — nicht die Teilchenbahn.

Falsch: „Schall ist eine Querwelle — man zeichnet ihn ja als Wellenlinie.“

Warum das naheliegt: Weil man Schall in Büchern als Wellenlinie zeichnet, halten ihn viele für eine Querwelle. Die Linie zeigt aber nur den Druck an jedem Ort — die Luftteilchen selbst bewegen sich längs.

Richtig: Schall ist das wichtigste Beispiel einer Longitudinalwelle: Die Lautsprechermembran presst die Luft zusammen (Verdichtung) und lässt dann nach (Verdünnung). Weil Schall ein Medium zum Verdichten braucht, kann er sich im Vakuum nicht ausbreiten — Licht dagegen schon.

Folge für 5.1.6: Polarisation gibt es nur bei transversalen Wellen. Schall lässt sich nicht polarisieren, weil er nur in eine Richtung schwingt — längs.

Merkregel: Transversal = quer (senkrecht) · Longitudinal = längs (parallel) zur Ausbreitung. Vergleiche die Bewegung eines Teilchens mit der Laufrichtung der Welle — nicht mit dem, was die Zeichnung nahelegt.
Mini-Check 5
Wie bewegen sich die Luftteilchen, wenn eine Schallwelle durch sie hindurchläuft?

6Achse nicht geprüft: y–x oder y–t?

x in m λ t in s T Momentaufnahme Oszillogramm c = λ / T — steht in keinem Bild Die Amplitude ist in beiden Bildern gleich.
Erst die waagerechte Achse lesen, dann den Abstand messen.

Falsch: Im Oszillogramm den Abstand zweier Berge als Wellenlänge λ ablesen — und danach mit T statt λ weiterrechnen. Oder: aus einer großen Amplitude auf eine große Geschwindigkeit schließen.

Warum das naheliegt: Beide Kurven sehen aus wie ein Sinus. Die senkrechte Achse und damit die Amplitude sind in beiden Bildern identisch — sie verrät nichts über den Diagrammtyp. Wer sofort misst, ordnet den Zahlenwert leicht der falschen Größe zu.

Richtig: Der Unterschied steckt allein in der Bedeutung der waagerechten Achse. Steht dort ein Ort in Metern, ist es die Momentaufnahme (y–x) und der Abstand zweier Berge ist λ. Steht dort eine Zeit in Sekunden, ist es das Oszillogramm (y–t) und derselbe Abstand ist T.

c = λ/T — erst aus beiden Diagrammen zusammen

Die Geschwindigkeit steht in keinem der beiden Bilder; sie entsteht erst, wenn man Orts- und Zeitinformation verknüpft. „Kräftiger heißt schneller“ gilt für geworfene Steine, nicht für Wellen: Eine laute und eine leise Stimme erreichen den Zuhörer gleichzeitig.

Hinweiskachel „Achse prüfen“: Immer zuerst schauen — steht x oder t auf der Achse?
Mini-Check 6
Auf der waagerechten Achse eines Diagramms steht die Zeit in Sekunden. Was misst der Abstand zweier benachbarter Berge?
C
Gruppe C · Fehler 7–9

Formeln richtig anwenden

7Winkel zur Fläche statt zum Lot

Medium 2 Medium 1 (Luft) Lot α = 65° 25° ✗ 65° + 25° = 90° — der Fehler liegt um 40° daneben
Alle Winkel werden zum Lot gemessen, nie zur Fläche.

Falsch: Die Angabe „25° zur Grenzfläche“ wird ungeprüft als Einfallswinkel α = 25° übernommen. Es müsste 65° heißen — das Ergebnis liegt um 40° daneben.

Warum das naheliegt: Man misst intuitiv gegen die gezeichnete Fläche. Wer das Lot gar nicht erst einzeichnet, hat auch keinen anderen Bezug — heraus kommt jedes Mal der Komplementärwinkel, also 90° minus dem richtigen Wert.

Richtig: Das Lot ist die Senkrechte auf die Grenzfläche, und α, α′ und β werden alle zum Lot gemessen. Aus „25° zur Fläche“ folgt α = 90° − 25° = 65°. Dann erst gilt α = α′ und n₁·sin α = n₂·sin β.

α = α′  ·  n₁ · sin α = n₂ · sin β

Grenzfalltest zur Kontrolle: Bei senkrechtem Einfall ist α = 0° und es gibt keine Ablenkung. Mit der Fläche als Bezug käme 90° heraus — offensichtlich unsinnig.

Zeichne immer zuerst das Lot ein. Und prüfe, ob im Rechner der Gradmodus (DEG) eingestellt ist.
Mini-Check 7
Ein Strahl trifft unter 25° zur Grenzfläche auf. Wie groß ist der Einfallswinkel α zum Lot?
°

8cos θ statt cos²θ beim Gesetz von Malus

θ = 60°  →  cos 60° = 0,5 I₀ = 100 % falsch: I = I₀ · cos θ 50 % richtig: I = I₀ · cos²θ 25 % (0,5)² = 0,25
Ohne Quadrat kommt der doppelte Wert heraus.

Falsch: I = I₀ · cos θ = I₀ · cos 60° = 0,5 I₀ — die Hälfte käme durch. Im Rechenbeispiel des Kapitels stehen dann 120 W/m² statt 60 W/m², also der doppelte Wert.

Warum das naheliegt: Beim Aufschreiben aus dem Kopf fällt die kleine Hochzahl weg. Und cos θ „fühlt sich“ nach dem Anteil an, der durchkommt.

Richtig: Das Gesetz von Malus enthält den quadrierten Kosinus:

I = I₀ · cos²θ  →  I = I₀ · (0,5)² = 0,25 I₀ — nur 25 % kommen durch

Der Kosinus steht dort (und nicht der Sinus), weil bei θ = 0° die volle Intensität durchkommen muss. Zwei weitere Fallen: „Je größer der Winkel, desto dunkler“ stimmt nicht — cos²θ wiederholt sich alle 180°, bei 180° ist es genauso hell wie bei 0°. Und die halbe Intensität liegt bei 45°, nicht bei 60°.

Hinweiskachel „cos im Quadrat“: Es ist cos²θ, nicht cos θ! Parallel (θ = 0°) hell, gekreuzt (θ = 90°) dunkel — nicht vertauschen.
Mini-Check 8
Der Analysator ist um θ = 60° gedreht. Wie viel Prozent von I₀ kommen hinter ihm an?
% von I₀

9λ_n = L/n statt λ_n = 2L/n

Bauch Knoten L = 0,60 m = λ/2 λ₁ = 2L = 1,2 m
Die Grundschwingung zeigt nur eine halbe Wellenlänge — daher die 2.

Falsch: λ_n = L/n, also λ₁ = 0,60 m für eine beidseitig fest eingespannte Saite der Länge L = 0,60 m. Wer so rechnet, erhält durchweg die Hälfte der richtigen Werte.

Warum das naheliegt: „Auf die Saite passt eine Welle“ klingt einleuchtend. Die 2 im Zähler hat keine anschauliche Entsprechung, solange man das Bild der Grundschwingung nicht vor Augen hat.

Richtig: Der Faktor 2 kommt daher, dass schon die Grundschwingung nur eine halbe Wellenlänge auf der Saite zeigt:

λ_n = 2L/n  →  λ₁ = 2·0,60/1 = 1,2 m  ·  λ₂ = 2·0,60/2 = 0,60 m

Weil n im Nenner steht, gehört zu größerem n eine kleinere Wellenlänge; die Frequenz wächst dagegen proportional mit n. Die Harmonische n hat n Bäuche und n+1 Knoten — Knoten- und Bauchzahl nicht verwechseln, die Enden sind Knoten.

Hinweiskachel „2L“: In λ_n = 2L/n steht die doppelte Länge. Und die Formel gilt nur, wenn beide Enden Knoten sind.
Mini-Check 9
Eine Gitarrensaite ist L = 0,60 m lang und beidseitig fest eingespannt. Wie groß ist λ₁ der Grundschwingung?
m
D
Gruppe D · Fehler 10–12

Interferenz, Beugung und Messung

10„Auslöschung vernichtet Energie“ — und „Δs = 0 heißt Auslöschung“

Schirm — die Energie wird nur umverteilt Δs = 0 → n = 0 → hellstes Maximum SO NICHT Energie verschwindet oder wird zu Wärme SO IST ES RICHTIG über die ganze Fläche summiert: gleich viel
Dunkle Stellen werden von helleren ausgeglichen.

Falsch: „Bei destruktiver Interferenz wird Energie vernichtet“ oder „in Wärme umgewandelt“. Und: „Δs = 0 bedeutet Auslöschung“, „eine ganze Wellenlänge ergibt Auslöschung“.

Warum das naheliegt: Gemeinsame Wurzel aller drei Fehler ist, Wellen wie Billardkugeln zu denken: Zwei Wellen, die sich auslöschen, müssten sich dann gegenseitig zerstören. Und „Δs = 0“ klingt nach „es kommt nichts an“.

Richtig: Energie geht nicht verloren — sie wird nur räumlich umverteilt. Beim Doppelspalt ist der Schirm stellenweise dunkel, an anderen Stellen heller als bei einem offenen Spalt; über die ganze Schirmfläche summiert kommt die eingestrahlte Leistung heraus. Nach der Begegnung laufen beide Wellen ungestört mit alter Amplitude weiter.

Δs = n·λ → konstruktiv  ·  Δs = (n+½)·λ → destruktiv

Δs = 0 ist der Fall n = 0 der konstruktiven Bedingung, also maximale Verstärkung — der Normalfall auf der Mittelsenkrechten zwischen zwei gleichphasigen Quellen. Auch 360° Phasendifferenz bedeutet „im Takt“, also Verstärkung. Und: Vollständige Auslöschung gibt es nur bei gleicher Amplitude, sonst bleibt ein Rest.

Hinweiskachel „Energie“: Energie geht nicht verloren — sie wird nur umverteilt.
Mini-Check 10
Zwei gleichphasige Quellen, an einem Punkt ist der Gangunterschied Δs = 0. Was passiert dort?

11„Größerer Spaltabstand d gibt breitere Streifen“

Δx = λ·L / d — d steht im Nenner kleines d breite Streifen großes d enge Streifen
Größeres d rückt die Maxima enger zusammen.

Falsch: „Ein größerer Spaltabstand d macht das Streifenmuster breiter.“ Ebenso falsch: „Eine hellere Lampe verschiebt die Streifen.“

Warum das naheliegt: Größerer Abstand am Spalt klingt nach größerem Abstand am Schirm — man vermutet eine direkte Proportionalität, ohne auf die Stellung von d in der Formel zu achten.

Richtig: In Δx = λ·L/d steht d im Nenner:

Δx = λ·L / d  →  kleineres d = breitere Streifen, größeres d = engere Streifen

Die Helligkeit der Lampe kommt in der Formel gar nicht vor. Ebenfalls oft übersehen: Kohärenz. Beide Spalte müssen vom selben Licht beleuchtet werden; zwei getrennte Glühlampen (je eine pro Spalt) liefern kein Muster, weil die feste Phasenbeziehung fehlt — das Bild springt und mittelt sich zu gleichmäßiger Helligkeit weg. Nötig ist eine gemeinsame Quelle: Laser oder ein vorgeschalteter Einzelspalt.

Beim Gitter gilt dieselbe Bedingung g·sin α = n·λ. Dort merke: N bestimmt, wie scharf; g bestimmt, wo. Ein feineres Gitter (kleineres g) zeigt weniger Ordnungen, nicht mehr, weil sin α ≤ 1 gilt und damit n ≤ g/λ.

Zählfalle bei Vielfachmessungen: Zwischen dem 1. und dem 11. Streifen liegen 10 Abstände, nicht 11.
Mini-Check 11
Der Spaltabstand d wird vergrößert, λ und L bleiben gleich. Was geschieht mit dem Streifenabstand Δx?

12Faktor 2 beim Michelson-Interferometer vergessen

Laser Teiler Δd beweglich fester Spiegel Detektor Δs = 2·Δd — hin und zurück
Das Licht legt die Strecke Δd zweimal zurück.

Falsch: N = Δd/λ bzw. λ = Δd/N — der Faktor 2 fehlt, das Ergebnis ist genau die Hälfte (etwa 4 statt 8 Ringe). Oder in die andere Richtung: Δd = N·λ statt N·λ/2 — dann kommt das Vierfache heraus, 100 µm statt 25 µm.

Warum das naheliegt: Am Aufbau liest man die Strecke Δd ab und setzt sie direkt ein. Dass das Licht denselben Weg hin und zurück nimmt, sieht man der Zahl nicht an — Δd und Δs werden verwechselt.

Richtig: Δd ist die Verschiebung des Spiegels, Δs der doppelt so große Wegunterschied des Lichts:

Δs = 2·Δd  ·  N = 2Δd/λ  ·  λ = 2Δd/N  ·  Δd = N·λ/2

Beispiel: Δd = 15 µm und N = 50 Ringe ergeben λ = (2 · 15·10⁻⁶)/50 = 6,0·10⁻⁷ m = 600 nm. Pro halber Wellenlänge Verschiebung wandert genau ein Ring durch.

Nicht relevant für N sind der Abstand des Detektors und die Frage, welcher der beiden Spiegel verschoben wird — in N = 2Δd/λ stehen nur Δd und λ. Gezählt werden außerdem nicht die sichtbaren Ringe, sondern die an einer Zählmarke vorbeiwandernden Hell-Dunkel-Wechsel.

Hinweiskachel „Faktor 2“: Δs = 2Δd — hin und zurück. Pro λ/2 Verschiebung ein Ring.
Mini-Check 12
Der bewegliche Spiegel wird um Δd = 15 µm verschoben, dabei wandern N = 50 Ringe durch. Wie groß ist λ?
nm
?
Applet · AFB II

Fehler-Detektor

Sechs Schülerlösungen aus dem Kapitel — in jeder steckt genau eine fehlerhafte Zeile. Klicke sie an oder wähle sie mit den Pfeiltasten aus und bestätige mit Enter oder Leertaste. Danach erscheint die Richtigstellung.

Runde 1 von 6 Gefunden: 0 von 6
Wähle die Zeile, in der der Fehler steckt.
✓
Zum Schluss

Drei Prüfungen vor dem Abgeben

Diese drei Kontrollen entlarven die meisten Fehler dieser Seite.
Prüfung Was sie zeigt Fehler auf dieser Seite
Einheitenprobe Hz = 1/s einsetzen; m ÷ s ergibt m/s, m · s ergibt keine Geschwindigkeit; nm und mm in Meter. 1, 2, 3
Bezug und Achse Winkel zum Lot, nicht zur Fläche; steht x oder t auf der waagerechten Achse? 6, 7
Richtung der Abhängigkeit Steht die Größe im Zähler oder im Nenner? Fehlt ein Faktor 2 oder ein Quadrat? 8, 9, 11, 12
Reflexion: Welcher dieser zwölf Fehler ist dir selbst schon passiert?

Notiere zu einem Fehler deiner Wahl: die falsche Aussage, den Grund, warum sie naheliegt, und die eine Prüfung aus der Tabelle, mit der du ihn künftig abfangen willst. Wellen wie Billardkugeln zu denken ist die gemeinsame Wurzel der Fehler 4, 5 und 10 — Einheiten und Bezugsrichtungen die der übrigen.