Die Bildung von Wellen auf der Wasseroberfläche wird als Störung bezeichnet.

Auf der Wasseroberfläche beobachtete Wellen werden unterteilt in:

• Reibungswellen:
  
  
  • Wind, der durch die Einwirkung des Windes entsteht
  
  
  • tief
  
  


• Flutwellen.


• Gravitationswellen:
  
  
  • Gravitationswellen im flachen Wasser
  
  
  • Gravitationswellen im tiefen Wasser
  
  
  • seismische Wellen (Tsunamis), die infolge eines Erdbebens (oder vulkanischer Aktivität) in den Ozeanen entstehen und vor der Küste eine Höhe von 10–30 m erreichen.
  
  
  • Schiffswellen
  
  

Wellen bestehen aus abwechselnden Wellen und Wellentälern. Die Spitze der Welle wird als Wellenkamm bezeichnet, die Basis der Welle als Wellental.
In Küstengebieten des Meeres sind nur Windwellen (Reibungswellen) von Bedeutung.

Windwellen entstehen mit dem Wind; wenn der Wind aufhört, bewegen sich diese Wellen in Form einer toten Dünung, die allmählich abklingt, weiter in die gleiche Richtung. Windwellen hängen von der Größe des für die Wellenbeschleunigung offenen Wasserraums, der Windgeschwindigkeit und der Wirkungszeit in eine Richtung sowie der Tiefe ab. Mit abnehmender Tiefe wird die Welle steiler.
Windwellen sind asymmetrisch, ihre Luvneigung ist sanft, ihre Leeneigung ist steil. Da der Wind im oberen Teil der Welle stärker einwirkt als im unteren Teil, bröckelt der Wellenkamm und es bilden sich „Lämmer“. Auf offener See bilden sich „Lamblets“ bei einem Wind, der als „frisch“ bezeichnet wird (Windstärke 5 und einer Geschwindigkeit von 8,0–10,7 m/s bzw. 33 km/h).
Anschwellen- Aufregung, die anhält, nachdem der Wind bereits nachgelassen hat, abgeschwächt ist oder die Richtung geändert hat. Eine Störung, die sich bei völliger Ruhe durch Trägheit ausbreitet, wird als toter Seegang bezeichnet.
Wenn Wellen aus unterschiedlichen Richtungen in einem bestimmten Bereich aufeinandertreffen, a zerquetschen. Auch die chaotische Ansammlung von Wellen entsteht, wenn direkte Wellen auf reflektierte Wellen treffen zerquetschen.
Wenn Wellen über Ufer, Riffe und Felsen hinweggehen, Unterbrecher.
Als Wellen bezeichnet man die Annäherung von Wellen an das Ufer mit zunehmender Höhe und Steilheit und anschließendem Kentern Surfen.

Die Brandung nimmt je nach Ufer einen unterschiedlichen Charakter an: flach (mit kleinen Neigungswinkeln und großer Breite des Unterwasserhangs) oder tief (mit erheblichen Neigungen des Unterwasserhangs).

Es entsteht das Umkippen des Wellenkamms einer sich bewegenden Welle auf ein steiles Ufer Rückwärtsfehler große Zerstörungskraft besitzen.

© Yuri Danilevsky: Novembersturm. Sewastopol

Wenn die Brandung in der Nähe eines tiefen Ufers auftritt, das steil aus dem Wasser ansteigt, bricht die Welle erst auf, wenn sie das Ufer trifft. In diesem Fall entsteht eine umgekehrte Welle, die auf die nächste trifft und deren Aufprallkraft verringert, und dann kommt eine neue Welle und trifft erneut auf das Ufer.
Solche Wellenstöße bei großem Seegang oder starkem Wellengang gehen oft mit Wellenstößen in beträchtlicher Höhe einher.

© Sturm in Sewastopol, 11. November 2007

An den Ufern des Schwarzen Meeres kann die Welleneinschlagskraft 25 Tonnen pro 1 m 2 erreichen.
Beim Aufwärtsdrehen gewinnt die Welle enorm an Kraft. Auf den Shetlandinseln nördlich von Schottland liegen Gneisfragmente mit einem Gewicht von bis zu 6-13 Tonnen, die von der Brandung in eine Höhe von 20 m über dem Meeresspiegel geschleudert werden.

Als Strömung bezeichnet man die schnelle Bewegung von Wellen und Seegang ans Ufer Vorwärts rollen.

Wellen sind regelmäßig, wenn ihre Kämme deutlich sichtbar sind, und unregelmäßig, wenn die Wellen keine klar definierten Kämme haben und kein sichtbares Muster aufweisen.
Wellenkämme senkrecht zur Windrichtung im offenen Meer, See, Stausee, aber in Ufernähe nehmen sie Stellung parallel zur Küste, ans Ufer rennend.
Die Richtung der Wellenausbreitung im offenen Meer wird auf der Wasseroberfläche durch eine Schar paralleler Schaumstreifen angezeigt – die Spuren einstürzender Wellenberge.

Bisher haben wir nur darüber nachgedacht eindimensional(1-d ) Wellen, also Wellen, die sich in einer Reihe ausbreiten, in linear Umfeld. Uns nicht weniger bekannt zweidimensional Wellen in Form langer Bergkämme und Senken auf zweidimensional Wasseroberfläche. Der nächste Schritt bei der Diskussion der Wellen, die wir unternehmen müssen, ist der Bereich von zwei ( 2-d ) und drei ( 3-d ) Messungen. Auch hier werden keine neuen physikalischen Prinzipien angewendet; Die Aufgabe ist einfach Beschreibung Wellenprozesse.

Wir beginnen die Diskussion, indem wir auf die einfache Situation zurückkommen, mit der dieses Kapitel begann: Einzelwellenimpuls . Allerdings wird es jetzt keine Störung auf der Saite geben, sondern Spritzen auf der Oberfläche des Reservoirs. Spritzen beruhigt sich unter seinem eigenen Gewicht und die angrenzenden Bereiche erfahren einen erhöhten Druck, erheben und beginnt, die Welle auszubreiten. Dieser Prozess ist „im Querschnitt“ dargestellt in Reis. 7-7(a). Die weitere Logik der Betrachtung der Situation ist genau die gleiche, die bereits bei der Untersuchung der Auswirkungen verwendet wurde, die nach einem starken Schlag auf den Mittelteil der Saite auftreten. Aber dieses Mal kann die Welle eindringen alle Richtungen. Da es keinen Grund gibt, eine Richtung einer anderen vorzuziehen, breitet sich die Welle in alle Richtungen aus. Das Ergebnis ist der bekannte, sich ausdehnende Kreis aus Wellen auf der Oberfläche eines stillen Gewässers, siehe unten. Reis. 7-7(b).

Wir sind bekannt und Wohnung Wellen auf der Wasseroberfläche – jene Wellen, deren Wellenkämme lange, manchmal fast parallele Linien auf der Wasseroberfläche bilden. Dies sind die gleichen Wellen, die regelmäßig ans Ufer rollen. Ein interessantes Merkmal dieser Art von Welle ist die Art und Weise, wie sie Hindernisse überwindet – zum Beispiel Löcher in einer durchgehenden Wand Wellenbrecher. Zeichnung 7-8 veranschaulicht diesen Prozess. Wenn die Größe des Lochs mit der Wellenlänge vergleichbar ist, erzeugt jede aufeinanderfolgende Welle einen Ausbruch innerhalb des Lochs, der, wie in Abb. 7-7, dient als Quelle kreisförmiger Wellen im Hafenwasserbereich. Infolgedessen gibt es zwischen dem Wellenbrecher und dem Ufer konzentrisch , “Ring“ winkt.

Dieses Phänomen ist bekannt als Beugung Wellen Wenn die Breite des Lochs im Wellenbrecher viel größer als die Wellenlänge ist, passiert dies nicht – die Wellen, die das Hindernis passieren, behalten ihre flache Form, mit der Ausnahme, dass an den Wellenrändern leichte Verzerrungen auftreten

Wie Wellen auf der Wasseroberfläche gibt es auch dreidimensionale Wellen (3-d –Wellen) . Hier ist das bekannteste Beispiel Klang Wellen. Der Kamm einer Schallwelle ist eine Fläche Verdickung Luftmoleküle. Zeichnung ähnlich Abb. 7-7 würde für einen dreidimensionalen Fall eine sich ausdehnende Welle in Form einer Kugel darstellen .

Alle Wellen haben die Eigenschaft Brechung . Dabei handelt es sich um einen Effekt, der auftritt, wenn eine Welle die Grenze zweier Medien passiert und in ein Medium eindringt, in dem sie sich langsamer bewegt. Besonders deutlich wird dieser Effekt bei ebenen Wellen (siehe Abb. Reis. 7-9). Der Teil der ebenen Welle, der sich im neuen, „langsamen“ Medium befindet, bewegt sich darin mit geringerer Geschwindigkeit. Da dieser Teil der Welle aber zwangsläufig mit der Welle im „schnellen“ Medium verbunden bleibt, ist er Vorderseite(die gestrichelte Linie unten in Abb. 7-9) sollte brechen, d. h. sich der Grenzfläche zwischen den beiden Medien nähern, wie in Abb. 7-9.

Wenn die Änderung der Wnicht abrupt, sondern allmählich erfolgt, erfolgt auch die Rotation der Wellenfront gleichmäßig. Dies erklärt übrigens den Grund, warum Brandungswellen, egal wie sie sich im offenen Wasser bewegen, fast immer parallel zur Küstenlinie verlaufen. Tatsache ist, dass mit abnehmender Dicke der Wasserschicht die Geschwindigkeit der Wellen auf ihrer Oberfläche abnimmt nimmt ab Sie befinden sich daher in Küstennähe, wo die Wellen in den Flachwasserbereich gelangen verlangsamen sich. Durch die allmähliche Rotation ihrer Front verlaufen die Wellen nahezu parallel zur Küstenlinie.

WELLEN AUF DER OBERFLÄCHE EINER FLÜSSIGKEIT. Unter dem Einfluss verschiedener Gründe können Partikel der Oberflächenschicht einer Flüssigkeit in Schwingungen geraten. Diese Bewegung erfasst immer weiter entfernte Bereiche der Oberfläche – eine Welle beginnt sich über die Oberfläche auszubreiten. Wie beim Auftreten anderer Wellenarten können auch hier Schwingungen nach dem Sinusgesetz auftreten, allerdings nur unter der unabdingbaren Voraussetzung, dass die Amplitude der Schwingungen des Teilchens klein im Vergleich zur Wellenlänge ist. Die Wellenlänge ist der Abstand zwischen zwei Punkten, an denen die Schwingungen in derselben Phase sind. Der vertikale Abstand vom Kamm zum Boden wird Wellenhöhe genannt. Ein Beispiel für solche Sinuswellen sind Flutwellen: Ihre Länge erreicht Hunderte km, während die Höhe normalerweise 1/300 oder sogar 1/500 davon beträgt. In den meisten Fällen ist die Höhe der Welle im Vergleich zu ihrer Länge nicht zu vernachlässigen.

Im Vergleich zu einfachen transversalen Schwingungen ist die Art der Bewegung flüssiger Teilchen immer komplizierter: Sie steigen und fallen nicht einfach in vertikaler Richtung, sondern beschreiben geschlossene Umlaufbahnen, kreisförmig oder elliptisch. Der erste Umlaufbahntyp entspricht dem Fall, wenn die Tiefe im Vergleich zur Wellenlänge sehr groß ist, und der zweite dem allgemeinsten Fall, wenn die Wellenlänge entweder größer als der Abstand zum Boden oder, allgemein gesprochen, mit diesem vergleichbar ist. Es kann gezeigt werden, dass bei solchen Rotationsbewegungen von Teilchen das Wellenprofil trochoidenförmig ist. Trochoid m. b. durch Punkte konstruiert, wenn wir den Weg verfolgen, der von einem Punkt beschrieben wird, der in einiger Entfernung vom Mittelpunkt eines auf einer geraden Linie rollenden Kreises liegt; gleichzeitig beschreibt ein Punkt, der genau auf dem Umfang eines solchen Kreises liegt, offensichtlich eine Zykloide.

In Abb. Dargestellt ist das Auftreten eines Trochoidenprofils bei Rotationsbewegungen von Partikeln der Wasseroberfläche. Die Wellenbewegung beschränkt sich aber nicht nur auf die Oberflächenschicht der Flüssigkeit: Die Störung erfasst auch die darunter liegenden Schichten, lediglich die Bahnradien der Teilchen nehmen hier mit zunehmender Tiefe kontinuierlich ab. Das Gesetz der abnehmenden Radien solcher Kreise wird durch die Formel ausgedrückt:

wobei r der Bahnradius eines in einer bestimmten Tiefe z liegenden Teilchens ist, a der Bahnradius eines auf der Oberfläche selbst liegenden Teilchens (halbe Wellenhöhe), e die Basis des natürlichen Logarithmussystems ist, λ ist die Wellenlänge. In der Praxis können wir davon ausgehen, dass die Wellen in Tiefen größer als die Wellenlänge stoppen. Die Wv wird in allgemeinster Form durch die Formel ausgedrückt:

Dabei ist g die Erdbeschleunigung, δ die Dichte der Flüssigkeit, α ihre Oberflächenspannung; Der Kürze halber bezeichnet β die Beziehung ======4 H – Tiefe der Flüssigkeitsschicht (von der Oberfläche bis zum Boden); Die übrigen Bezeichnungen sind die gleichen wie oben angegeben. In drei Sonderfällen nimmt die Formel eine einfachere Form an.

a) Flutwellen. Die Wellenlänge ist sehr groß im Vergleich zur Tiefe H. Hier d. h. die Ausbreitungsgeschwindigkeit hängt nur von der Tiefe ab. b) Die Tiefe der Welle ist im Vergleich zu ihrer Länge sehr groß, aber die Abmessungen der Welle sind immer noch so groß, dass Kapillarkräfte vernachlässigt werden können. In diesem Fall stellt sich heraus, dass d. h. die Ausbreitungsgeschwindigkeit hängt nur von der Wellenlänge ab. Diese Formel drückt die Geschwindigkeit gewöhnlicher Meereswellen gut aus. c) Extrem kurz, sog. Kapillarwellen. Hier spielen die Kräfte zwischen den Teilchen die Hauptrolle, die Schwerkraft tritt in den Hintergrund. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit erweist sich als gleich. Wie wir sehen, ist hier im Gegensatz zu Fall (b) die Geschwindigkeit umso größer, je kürzer die Welle ist.

Unter dem Einfluss bestimmter äußerer Faktoren verändert sich das Wellenprofil stark. Bei Wind wird die Vorderseite der Welle also viel steiler als die Rückseite; Bei hohen Geschwindigkeiten kann der Wind sogar Wellenkämme zerstören, sie abreißen und sogenannte Wellenkämme bilden. "Lamm". Wenn sich eine Welle vom tiefen ins flache Wasser bewegt, ändert sich auch ihre Form; Dabei wird die Energie der Teilchen in einer dicken Wasserschicht auf eine Schicht geringerer Dicke übertragen. Deshalb ist die Brandung in Küstennähe so gefährlich, in deren Nähe die Amplitude der Partikelvibrationen ihre Amplitude im offenen Meer, wo die Wasserschicht groß war, deutlich übertreffen kann.

Versuchen Sie zu zählen, wie viele Farben ein Regenbogen hat. Diese Aufgabe kann nicht abgeschlossen werden. Es gibt keine scharfen Grenzen zwischen den Streifen Rot und Orange, Blau und Cyan sowie zwischen benachbarten Streifen: Es gibt viele Übergangstöne zwischen ihnen. Nicht alle Farbtöne können mit dem Auge unterschieden werden. Es ist oft schwierig zu bestimmen, ob die Farbe „eher blau“ oder „eher blau“ ist.

Ist es in diesem Fall nicht möglich, dass jeder Strahl eine genauere Eigenschaft als seine Farbe findet? Physiker haben ein solches Merkmal gefunden – und zwar ein sehr genaues.

Dies geschah aufgrund der Entdeckung der Welleneigenschaften von Licht.

Was sind Wellen und welche Eigenschaften haben sie?

Der Übersichtlichkeit halber machen wir uns zunächst mit den Wellen auf der Wasseroberfläche vertraut.

Jeder weiß, dass Wasserwellen anders sind. Eine kaum wahrnehmbare Welle streicht über den Teich und schüttelt sanft den Stöpsel des Fischers; In den Weiten des Meeres erschüttern riesige Wasserschächte Hochseedampfer. Wie unterscheiden sich Wellen voneinander? Um diese Frage zu beantworten, schauen wir uns an, wie Wasserwellen entstehen.

Als Wasserwellenerreger nehmen wir das in Abb. gezeigte Gerät. 3. Wenn Motor A den Exzenter B dreht, bewegt sich die Stange B rhythmisch auf und ab und taucht dabei unterschiedlich tief ins Wasser ein. Von ihm breiten sich Wellen in Form von Kreisen mit einem Zentrum aus (Abb. 4). Es handelt sich um eine Reihe abwechselnder Grate und Vertiefungen.

Der Abstand zwischen benachbarten Wellenbergen oder Wellentälern wird als Wellenlänge bezeichnet und normalerweise mit dem griechischen Buchstaben X (Lambda) bezeichnet. Erhöhen wir die Drehzahl des Motors und damit die Schwingungsfrequenz der Stange um die Hälfte. Dann ist die Anzahl der gleichzeitig auftretenden Wellen doppelt so groß. Aber die Wellenlänge wird jetzt halb so lang sein. Die Anzahl der in einer Sekunde erzeugten Wellen wird Wellenfrequenz genannt. Es wird normalerweise mit dem griechischen Buchstaben V (nu) bezeichnet.

Lassen Sie den Korken auf dem Wasser schwimmen. Unter dem Einfluss einer Wanderwelle schwingt es. Der Grat, der sich dem Korken nähert, hebt ihn an und die anschließende Vertiefung senkt ihn ab. In einer Sekunde wird der Kork so viele Wellenberge anheben (und ebenso viele Wellentäler absenken), wie sich in dieser Zeit Wellen bilden. Und diese Zahl ist die Frequenz der Welle V. Das bedeutet, dass der Stecker mit der Frequenz V schwingt. Indem wir also die Wirkung der Wellen erfassen, können wir ihre Frequenz an jedem Punkt ihrer Ausbreitung bestimmen.

Der Einfachheit halber gehen wir davon aus, dass die Wellen nicht abklingen. Frequenz und Länge ungedämpfter Wellen hängen durch ein einfaches Gesetz miteinander zusammen. Pro Sekunde werden V-Wellen gebildet. Alle diese Wellen passen in ein bestimmtes Segment. Die erste Welle, die sich zu Beginn der zweiten bildet, wird das Ende dieses Segments erreichen; Es ist von der Quelle in einem Abstand entfernt, der der Wellenlänge mal der Frequenz entspricht. Aber die Entfernung, die die Welle pro Sekunde zurücklegt, ist die Wellengeschwindigkeit V. Also = Wenn die Wellenlänge und die Geschwindigkeit der Wellenausbreitung bekannt sind, dann

Sie können die Frequenz V bestimmen, nämlich: V - y.

Frequenz und Wellenlänge sind ihre wesentlichen Merkmale; Diese Eigenschaften unterscheiden einige Wellen von anderen.

Neben der Frequenz (bzw. Wellenlänge) unterscheiden sich die Blöcke auch in der Höhe der Wellenberge (bzw. der Tiefe der Täler). Die Höhe der Welle wird vom horizontalen Niveau der ruhenden Wasseroberfläche aus gemessen. Es heißt Amplitude.

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Wir haben bereits Wellen erwähnt, deren Entstehung nicht durch die Elastizitätskraft, sondern durch die Schwerkraft verursacht wird. Deshalb sollte es uns nicht überraschen, dass die Wellen, die sich entlang der Oberfläche einer Flüssigkeit ausbreiten, nicht longitudinal sind. Allerdings sind sie auch nicht transversal: Die Bewegung flüssiger Teilchen ist hier komplexer.

Wenn an irgendeinem Punkt die Oberfläche der Flüssigkeit absinkt (z. B. durch Berühren eines harten Gegenstands), beginnt die Flüssigkeit unter dem Einfluss der Schwerkraft nach unten zu fließen, füllt die zentrale Vertiefung und bildet um sie herum eine ringförmige Vertiefung. Am äußeren Rand dieser Vertiefung strömen Flüssigkeitspartikel weiter nach unten und der Durchmesser des Rings vergrößert sich. Doch am inneren Rand des Rings „tauchen“ die Flüssigkeitspartikel wieder an die Oberfläche, sodass ein ringförmiger Grat entsteht. Dahinter befindet sich wieder eine Vertiefung usw. Beim Abstieg bewegen sich die Flüssigkeitsteilchen ebenfalls nach hinten, beim Aufwärtsgang auch nach vorne. Somit schwingt jedes Teilchen nicht einfach in Querrichtung (vertikal) oder Längsrichtung (horizontal), sondern beschreibt, wie sich herausstellt, einen Kreis.

In Abb. 76 dunkle Kreise zeigen die Position von Partikeln auf der Flüssigkeitsoberfläche zu einem bestimmten Zeitpunkt, und helle Kreise zeigen die Position dieser Partikel etwas später, wenn jedes von ihnen einen Teil seiner kreisförmigen Flugbahn durchlaufen hat. Diese Trajektorien sind durch gestrichelte Linien dargestellt, die durchlaufenen Abschnitte der Trajektorien sind durch Pfeile dargestellt. Die Linie, die die dunklen Kreise verbindet, ergibt das Wellenprofil. Im Fall der in der Abbildung gezeigten großen Amplitude (d. h. der Radius der Kreisbahnen der Teilchen ist im Vergleich zur Wellenlänge nicht klein) ähnelt das Wellenprofil überhaupt nicht einer Sinuskurve: Es weist breite Täler und schmale Wellenkämme auf . Die Verbindungslinie der Lichtkreise hat die gleiche Form, ist jedoch nach rechts verschoben (in Richtung Phasenverzögerung), d. h. durch die Bewegung der Flüssigkeitsteilchen entlang kreisförmiger Bahnen hat sich die Welle bewegt.

Reis. 76. Bewegung flüssiger Teilchen in einer Welle auf ihrer Oberfläche

Es ist zu beachten, dass bei der Bildung von Oberflächenwellen nicht nur die Schwerkraft eine Rolle spielt, sondern auch die Kraft der Oberflächenspannung (siehe Band I, § 250), die wie die Schwerkraft dazu neigt, die Wellen zu nivellieren Oberfläche der Flüssigkeit. Wenn eine Welle jeden Punkt auf der Oberfläche einer Flüssigkeit passiert, verformt sich diese Oberfläche – die Konvexität wird flach und weicht dann der Konkavität und umgekehrt, wodurch sich die Oberfläche und damit die Oberflächenspannungsenergie ändert. Es ist leicht zu verstehen, dass die Rolle der Oberflächenspannung bei gegebener Wellenamplitude umso größer ist, je stärker die Oberfläche gekrümmt ist, d. h. je kürzer die Wellenlänge ist. Daher ist bei langen Wellen (niedrige Frequenzen) die Schwerkraft die Hauptkraft, bei relativ kurzen Wellen (hohe Frequenzen) tritt jedoch die Kraft der Oberflächenspannung in den Vordergrund. Die Grenze zwischen „langen“ und „kurzen“ Wellen ist natürlich nicht scharf und hängt von der Oberflächenspannungsdichte ab. Im Wasser entspricht diese Grenze Wellen mit einer Länge von etwa , d. h. bei längeren Kapillarwellen überwiegen die Oberflächenspannungskräfte und bei längeren Kapillarwellen die Schwerkraft.

Trotz der komplexen „Längs-Quer“-Natur von Oberflächenwellen gehorchen sie Gesetzen, die jedem Wellenprozess gemeinsam sind, und sind für die Beobachtung vieler solcher Gesetze sehr praktisch. Daher werden wir uns näher mit der Methode ihrer Gewinnung und Beobachtung befassen.

Für Experimente mit solchen Wellen können Sie ein flaches Bad nehmen, dessen Boden aus Glas besteht und dessen Fläche etwa beträgt. Unter dem Glas können Sie in einiger Entfernung eine helle Glühbirne platzieren, mit der Sie diesen „Teich“ an die Decke oder Leinwand projizieren können (Abb. 77). Im Schatten können Sie in vergrößerter Form alle Phänomene beobachten, die an der Wasseroberfläche auftreten. Um die Reflexion von Wellen an den Seiten der Badewanne zu reduzieren, ist deren Oberfläche gewellt und die Seiten selbst sind geneigt.

Reis. 77. Badewanne zur Beobachtung von Wellen auf der Wasseroberfläche

Füllen Sie die Badewanne etwa bis zur Wassertiefe und berühren Sie die Wasseroberfläche mit dem Ende eines Drahtes oder der Spitze eines Bleistifts. Wir werden sehen, wie sich eine Ringfalte vom Kontaktpunkt aus ausbreitet. Seine Ausbreitungsgeschwindigkeit ist gering (10–30 cm/s), sodass seine Bewegung leicht überwacht werden kann.

Befestigen wir den Draht auf einer elastischen Platte und bringen ihn zum Vibrieren, sodass bei jeder Vibration der Platte das Ende des Drahtes auf die Wasseroberfläche trifft. Ein System kreisförmiger Grate und Vertiefungen verläuft durch das Wasser (Abb. 78). Der Abstand zwischen benachbarten Gipfeln oder Tälern, also die Wellenlänge, hängt mit der Einschlagsdauer nach der uns bereits bekannten Formel zusammen; - Wellenausbreitungsgeschwindigkeit.

Reis. 78. Ringwellen

Reis. 79. Gerade Wellen

Linien senkrecht zu Wellenbergen und -tälern zeigen die Richtung der Wellenausbreitung. Bei einer Ringwelle werden die Ausbreitungsrichtungen offensichtlich durch gerade Linien dargestellt, die vom Zentrum der Welle abweichen, wie in Abb. 78 gestrichelte Pfeile. Indem Sie das Ende des Drahtes durch die Kante eines Lineals parallel zur Wasseroberfläche ersetzen, können Sie eine Welle erzeugen, die nicht die Form konzentrischer Ringe, sondern die Form gerader Grate und Täler parallel zueinander hat (Abb. 79). . In diesem Fall haben wir vor dem mittleren Teil des Lineals eine einzige Ausbreitungsrichtung.

Ring- und Geradewellen auf einer Oberfläche geben eine Vorstellung von sphärischen und ebenen Wellen im Raum. Eine kleine Schallquelle, die gleichmäßig in alle Richtungen abstrahlt, erzeugt um sich herum eine Kugelwelle, in der sich die Kompression und Verdünnung der Luft in Form konzentrischer Kugelschichten befindet. Ein Abschnitt einer Kugelwelle, der im Vergleich zur Entfernung zu seiner Quelle klein ist, kann annähernd als flach betrachtet werden. Dies gilt natürlich für Wellen jeglicher physikalischer Natur – sowohl mechanische als auch elektromagnetische. So kann beispielsweise jeder Bereich (innerhalb der Erdoberfläche) von Lichtwellen, die von den Sternen kommen, als ebene Welle betrachtet werden.

Wir werden die oben beschriebenen Experimente mit dem Wasserbad immer wieder verwenden, da Wellen auf der Wasseroberfläche die Hauptmerkmale vieler Wellenphänomene, einschließlich so wichtiger Phänomene wie Beugung und Interferenz, sehr klar und bequem für die Beobachtung machen. Wir verwenden Wellen in einem Wasserbad, um eine Reihe allgemeiner Konzepte zu erhalten, die sowohl für elastische (insbesondere akustische) als auch für elektromagnetische Wellen gelten. Wo es möglich ist, subtilere Merkmale von Wellenprozessen zu beobachten (insbesondere in der Optik), werden wir näher auf die Interpretation dieser Merkmale eingehen.