Den Begriff “Amplitude” finden wir nicht nur in Physik und Mathematik, sondern auch in vielen anderen Naturwissenschaften wie Chemie, Biologie und Medizin. Die Amplitude ist dabei eine wichtige “messbare” Eigenschaft zur Beschreibung von Schwingungen. Die Amplitude ist gemäß einer einfachen Definition die maximale Auslenkung und nicht nur auf Schwingungen eines Pendels anwendbar, sondern auch den zeitlichen Verlauf einer Wechselspannung (= Elektrotechnik) oder Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle (= Optik). Der Begriff “Amplitude” wird in der Schule in der Regel in Zusammenhang mit Schwingungen eines Pendels eingeführt, wobei die Amplitude die maximale Auslenkung des Pendels aus der Ruhelage ist.
Da in der Einleitung oft das Wort “Auslenkung” gefallen ist: Die Begriffe Amplitude und Auslenkung dürfen nicht miteinander verwechselt werden. Im Allgemeinen definiert ist die Auslenkung ein momentaner Wert einer Schwingung (die Auslenkung des Pendels zu einer bestimmten Zeit). Die Amplitude hingegen ist der Maximalwert einer Auslenkung (wichtig: die Auslenkung muss sich dabei periodisch ändern, z.B. Schwingung eines Pendels).
Die Amplitude wird in der Regel am Beispiel des Pendels eingeführt. Vernachlässigt man den Luftwiderstand und Reibungseffekte, so führt ein Federpendel eine ungedämpfte harmonische Schwingung aus. Trägt man die Auslenkung des Pendels in Abhängigkeit der Zeit auf, so erhält man in graphischer Auftragung eine sinusförmige Schwingung. Daher verbindet man den Begriff “Amplitude” in der Regel mit einer Sinusfunktion.
Hat man bei einem Fadenpendel keine graphische Auftragung (Auslenkung in Abhängigkeit der Zeit), kann man die Amplitude der Schwingung folgendermaßen ermitteln: Die Amplitude der harmonischen Schwingung eines Federpendels ist die Differenz zwischen dem Umkehrpunkt (Pendel hat an diesem Punkt die größte Auslenkung) und dem Ruhepunkt.
Graphisch lässt sich die Amplitude einfacher bestimmen, dazu tragen wir die Auslenkung des Fadenpendels (y-Achse) in Abhängigkeit der Zeit (x-Achse) auf. In der nachfolgenden Abbildung ist die Amplitude der Betrag der maximalen Auslenkung in y-Richtung.
Amplitude – Charakteristikum einer Schwingung
Die Amplitude ist der größte Abstand oder maximaler Auslenkungswert einer Schwingung von ihrer Ruhestellung.
Die Amplitude wird in der gleichen Einheit gemessen, wie die Schwingungsgröße selbst. Wenn die Schwingungsgröße eine Verschiebung ist, dann wird die Amplitude in Metern gemessen.
Die Energie einer Schwingung ist proportional zum Quadrat der Amplitude. Je größer die Amplitude, desto größer ist die Energie der Schwingung.
Die Amplitude einer Schwingung wird von der Anfangsenergie der Schwingung und der Natur des schwingenden Systems bestimmt.
Ja, Amplitude und Frequenz einer Schwingung sind voneinander unabhängige Parameter. Die Amplitude bezieht sich auf die maximale Auslenkung, während die Frequenz die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde angibt.
Die Amplitude einer Wellenschwingung wird durch die ursprüngliche Energie der Welle beeinflusst. Die Amplitude kann durch Interferenzen mit anderen Wellen oder durch den Energieverlust an die Umgebung verändert werden.
Die Amplitude ist der maximale Abstand einer Welle von ihrer Ruheposition, während die Wellenlänge die Distanz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wellenbergen oder Wellentälern ist.
Bei Schallwellen entspricht die Amplitude der Lautstärke. Höhere Amplituden erzeugen lautere Töne, während niedrigere Amplituden leisere Töne erzeugen.
Bei Lichtwellen ist die Amplitude proportional zur Intensität oder Helligkeit des Lichts.
Wenn zwei Schwingungen interferieren, kann die resultierende Amplitude größer oder kleiner sein, je nachdem, ob die beiden Schwingungen im Takt (konstruktive Interferenz) oder gegenläufig (destruktive Interferenz) sind.