Wasserwellen

Wellen sind in vielen Sinnen etwas wunderschönes. Steine ins Wasser werfen und die kreisförmige Ausbreitung beobachten, am Strand sitzen und dem beruhigenden Klang der brechenden Wellen lauschen, mit dem Boot durch die Wellenberge und -täler flitzen, irgendetwas davon hat jeder schon gemacht.

In diesem Beitrag wird mehr auf die physikalischen Seiten von Wellen und der Wasserwelle im speziellen eingegangen.

Eine Welle ist eine Schwingung, die sich in Ort und Zeit ausbreitet. Dabei wird Energie übertragen ohne dasselbe mit der Masse zu tun. Unterschieden wird zwischen der Longitudinalwelle und der Transversalwelle. Eine Longitudinalwelle schwingt parallel zur Ausbreitungsrichtung die zum Beispiel eine Druckwelle. Im Gegensatz dazu schwingt eine Transversalwelle senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Ein Beispiel dafür sind elektromagnetische Wellen also Licht. Wasserwellen sind eine Mischung zwischen diesen beiden Typen.

Wichtige Grössen von Wellen sind unter anderem die Wellenlänge, die Frequenz, die Ausbreitungsrichtung und die Amplitude. Die Wellenlänge beschreibt dabei den Abstand zwischen zwei Wellenbergen, die Frequenz die Geschwindigkeit mit der die Welle schwingt und die Amplitude wie hoch die Wellenberge sind.

Wasserwellen im See oder Meer haben verschiedene Entstehungsursachen wie die Bugwellen von Schiffen oder Tsunamis von Seebeben. Auch wenn die Gezeiten nicht als wirkliche Wellen wahrgenommen werden sind sie eine weitere Form davon mit sehr langen Periodendauern und somit zählt der Mond auch dazu. Die wichtigste Ursache ist jedoch der Wind. Der Effekt in dem die Hauptursache liegt ist dabei der Bernoulli-Effekt, welcher auch dafür verantwortlich ist, dass Flugzeuge überhaupt fliegen können. Wenn der Wind über einen Wellenberg strömt ist er dort schneller als in einer Umgebung, da er den weiteren Weg zurücklegen muss. Nach dem Gesetz von Bernoulli entsteht dadurch ein Unterdruck, der den Wasserberg nach oben zieht. Analog passiert dies in Wellentälern wo die Luft langsam strömt als in einer Umgebung und deshalb einen Überdruck erzeugt, der das Wasser nach untern drückt.

Die Wasserwellen bewegen sich im Tiefwasser orbitalförmig fort. Dies sieht man sehr schön an folgender Grafik:

Die horizontale Geschwindigkeit, mit der sich die Teilchen (die roten Punkte in der Grafik) bewegen nennt man die Driftgeschwindigkeit. Diese ist deutlich langsamer als die Fortbewegung der Welle, geht jedoch in dieselbe Richtung.

In der Grafik sieht man zudem sehr schön, dass sich die Teilchen nahe am Grund viel langsamer bewegen als an der Oberfläche. Deshalb taucht man bei Strömung immer möglichst nahe am Grund um Energie zu sparen, da man nicht gegen eine Bewegung ankämpfen muss.

 

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Falls du zudem an Ausflügen mit solch spannenden Phänomenen interessiert bist so gehen wir regelmässig ins Tessin zum Strömungstauchen und nach Marseille ans Mittelmeer wo es Wellen hat dass einem Angst und Bange wird.