Um das Zeitverhalten von Speichern zu untersuchen, benötigen wir zeitlich veränderliche Signale. Sinusförmige Signale bieten sich in der Elektrotechnik an, da Wechselströme auch sinusförmig sind. Wir verändern also den Zulauf und den Ablauf sinusförmig über der Zeit. Während der positiven Halbwelle des Sinus ist nur der Zulauf offen, der Ablauf ist geschlossen. Je höher die Amplitude des Sinus, desto mehr ist der Zulauf-Wasserhahn offen. Während der negativen Halbwelle ist der Zulauf geschlossen und der Ablauf weiter offen, je mehr sich der Momentanwert dem negativen Spitzenwert nähert.
Die Grafik zeigt einen sinusförmigen Zu- und Abfluss von Wasser am Eimer. Betrachten wir zunächst den Füllstand des Eimers. Der Füllstand erreicht sein Maximum zu dem Zeitpunkt, zu dem der Zulauf gerade wieder geschlossen worden ist. So lange noch Wasser zuläuft, steigt der Füllstand weiter an. Das Minimum wird dann erreicht, wenn der Ablauf gerade vollständig geschlossen worden ist.
Es wird anschaulich deutlich, dass der zeitliche Verlauf des Füllstands zeitversetzt zum Zulauf ist. Die zeitliche Verschiebung beträgt ein Viertel der Periodendauer des Sinus. Dazu werden Sie beim Thema Wechselstrom noch weitere Erklärungen bekommen, die Begriffe sind hier noch nicht wichtig.
Bei sinusförmigem Zu- und Ablauf von Wasser ergibt sich (der Vollständigkeit halber) folgende mathematische Beschreibung: Der Wasserzulauf kann mathematisch als
beschrieben werden. Bei Wechselgrößen lasse ich den Startwert des Füllstands weg. Der Füllstand h folgt dann der Gleichung
