Aufgabe 1 · Abitur NRW Physik GK · Erdbebenwellen 2026

Thema: Wellen: Ausbreitung und stehende Wellen · Aus der Prüfung GK · Erdbebenwellen (2026)

Aufgabenstellung

Erdbebenwellen

Erdbeben fordern immer wieder Menschenleben und zerstören Infrastruktur. Mithilfe von Seismometern können Daten über Erdbebenwellen gewonnen werden, mit denen sich Schlussfolgerungen über den Entstehungsort und die Stärke des Erdbebens ziehen lassen. Mithilfe von Sensoren lassen sich auch die Schwingungen eines Gebäudes erfassen werden können.

Material 1: Vereinfachtes Modell der Ausbreitung von Erdbebenwellen

Ein Bereich über dem Punkt P der äußeren Schicht der Erde wird durch einen Erdbebenstoß nach oben bewegt, siehe Abb. 1.

Für eine vereinfachte Erklärung der Ausbreitung einer bestimmten Wellenart lässt sich folgendes Modell nutzen:

Man stellt sich vor, dass die äußere Schicht der Erde aus vielen nebeneinander liegenden Masseelementen besteht, in der Abb. 1 dargestellt durch kleine Würfel. Diese können als gekoppelte schwingungsfähige Körper aufgefasst werden.

Bei Erdbebenwellen werden unter anderem Longitudinalwellen und Transversalwellen unterschieden.

a

Beschreiben Sie den Unterschied dieser beiden Wellenarten. [2 BE]

b

Erdbebenwellen können auch in großer Entfernung von ihrem Entstehungsort nachgewiesen werden.

Erläutern Sie unter Berücksichtigung der Modellvorstellungen in Material 1 die Ausbreitung einer Erdbebenwelle in die in Abbildung 1 dargestellte Richtung. [5 BE]

Aufgabenstellung: Aufgabe 1 · Abitur NRW Physik GK · Erdbebenwellen 2026

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

a Beschreiben Sie den Unterschied dieser beiden Wellenarten.

Lösung: Bei einer Transversalwelle schwingen die Oszillatoren quer zur Ausbreitungsrichtung. Bei Longitudinalwellen schwingen die Oszillatoren in Richtung der Ausbreitungsrichtung.

b Erläutern Sie unter Berücksichtigung der Modellvorstellungen in Material 1 die Ausbreitung einer Erdbebenwelle in die in Abbildung 1 dargestellte Richtung.

Lösung: Für das Entstehen einer Welle ist ein System aus gekoppelten schwingungsfähigen Körpern erforderlich, die um ihre Ruhelage schwingen können. Die Masseelemente der äußeren Schicht der Erde kann man sich gemäß Material 1 als ein solches System vorstellen. Die zweite Voraussetzung, die erfüllt sein muss, besteht darin, dass diesem System beispielsweise im Punkt P (Abb. 1 in M 1) einmalig Energie zugeführt wird, z. B. durch einen Erdbebenstoß. Dadurch wirkt auf die Masseelemente über dem Punkt P kurzzeitig eine Kraft und sie bewegen sich nach oben. Durch Rückstellkräfte bewegen sie sich wieder nach unten. Diese Bewegung wird auf benachbarte Masseelemente auch in horizontaler Richtung übertragen. Die Schwingungen breiten sich deshalb mit der Zeit in horizontaler Richtung aus.

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