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Beobachtungen:

Wasser-Wellen

Anschauliche Darstellung einiger Wellenphänomene.

Abb.01: Faszinierend, wenn Sonnenlicht und Himmelsblau von der Wasseroberfläche reflektiert werden.
Die Pflanzenstengel helfen ein wenig bei der Orientierung.
Die Neigung der Wasseroberfläche erscheint hier als Bildinformation unterschiedlicher Helligkeit und Farbe. (FB)

Abb. 02: Wenn bewegte Objekte Wasser vor sich herschieben, türmen sie kleine "Wasserberge" auf.
Diese Berge fließen wieder auseinander und dabei entsteht die Bewegung der Wellen.
Wie man sieht, gibt es Gruppen von Bergen mit großen sowie mit kleinem Abstand (unterschiedliche Wellenlänge).
Beispielsweise laufen vor der Wellenfront der weißen Ente die Wellen mit kleinerer Wellenlänge voraus. (FB)

Abb. 02a: Im Zellerfelder Kunstgraben fließt das Wasser, Hindernisse versperren den Weg. Wie bei den Bugwellen eines Schiffes bilden sich Strukturen aus. Entgegen zur Strömungsrichtung bewegen sich Wellen vom Hindernis weg, die kleineren Wellenlängen sind den größeren voraus.

stroemung-wirbel.htm

(FB)

Abb. 02b: Nach einem Steinwurf bilden sich Kreiswellen, die nach außen laufen. In diesem Beispiel sind die Wellen mit den größeren Wellenlängen schon weiter nach außen gekommen als die mit den kürzeren. (FB)

Abb. 03: Wellen können sich überlagern. Dabei entstehen neue Strukturen.
Rechts von der Bildmitte ist so etwas wie ein Schachbrettmuster entstanden. ueberlagerung (FB)

Abb. 04: Die Grenzfläche von Wasser und Luft ist wie eine Haut mechanisch belastbar. Oberflächenspannung. (FB)

Abb. 04a: Unmittelbar vor einer senkrechten erleuchteten Wand sind Stäbe als Schattengeber installiert. Die Kamera beobachtet das Spiegelbild dieser Wand an einer horizontalen Wasseroberfläche, auf die einzelne Tropfen fallen. Die Wellen auf dem Wasser verformen die Spiegelbilder der Stäbe.
Daraus läßt sich rückwärts die Oberfläche des Wassers rekonstruieren. (FB)

Abb. 05: Periodisches Anregen der Wasseroberfläche führt zu einem System von konzentrischen Kreiswellen. Huygens-Prinzip ueberlagerung (FB)

Abb. 06: Die Ente bewegt in regelmäßigen Zeiten ihre Schwimmfüße und regt dabei jeweils eine Kreiswelle an. Wenn sich dieser Wellenerreger nun fortbewegt, entstehen die neuen Kreise seitlich zu den anderen verschoben. In Schwimmrichtung erscheint der Abstand der Kreisringe daher kleiner und hinter der Ente größer. Dopplereffekt doppler (FB)

Abb. 07: Bei größerer Geschwindigkeit ist die Ente schneller als die langsamsten von ihr erzeugten Wellen. Nur noch wenige schnelle Wellen mit offensichtlich kleiner Wellenlänge bleiben ihr voraus.
Wäre die Ente noch schneller, könnte sie auch diese Wellen "einholen". (FB)

Abb. 08: Parallel verlaufende Wellen heißen auch ebene Wellen (FB)

Abb. 09: Parallele Wellen mit großer und kleiner Wellenlänge. Sie stammen von einem kleinen Motorboot, das bei Windstille langsam fährt. (FB)

Abb. 10: Aus der Auf- und Abbewegung der Wasserteilchen kann bei abnehmender Wassertiefe auch zu einer Rotationsbewegung werden. (FB)

Abb. 11: Bei abnehmender Wassertiefe sinkt die Ausbreitungsgeschwindigkeit. Die Wellenfront ändert daher ihre Ausbreitungsrichtung und verläuft unmittelbar am Ufer nahezu parallel zu diesem. wellen (FB)

Abb. 12: Das Boot schiebt einen Wasserberg vor sich her. Daraus entstehen auf beiden Seiten des Bootes Wellenstücke, die sich seitlich nach außen ausbreiten. Die Front der Wellen ist nicht geradlinig, sondern gebogen. Wellen mit größerer Wellenlänge sind außen, die mit kleinerer innen. Am unteren Bildrand erscheinen die kleinen links, die großen rechts.
Die größeren haben offensichtlich eine höhre Ausbreitungsgeschwindigkeit und sind damit schneller. (FB)

Abb. 13: Am Heck eines Motorbootes erzeugt die Schiffsschraube ebenfalls einen Wasser-Berg.
Von hier aus breiten sich nach hinten Kreiswellen aus, die sich mit den Bugwellen überlagern.
Als Ergebnis erscheint hinter dem Schiff auf der Kurslinie eine keilförmige Fläche mit nahezu parallelen Wellen. (Bildmitte) Die Ausläufer der Bugwelle begrenzen das Feld nach außen.

Fährt das Schiff, wie hier, in einem Gewässer mit abnehmender Wassertiefe treten weitere Effekte auf.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit hängt nicht nur von der Wellenlänge, sondern auch von der Wassertiefe ab. Aus einer leicht nach außen gebogenen pfeilförmigen Wellenfront links und rechts vom Schiff ergeben sich geschwungen Linien. (FB)

Abb. 14: Gebogene Wellenfront auf der Steuerbordseite des Schiffes (rechts in Fahrtrichtung). (FB)

Abb. 15: Gebogene Wellenfront auf der Backbordseite des Schiffes. (links in Fahrtrichtung) (FB)

Abb. 16: Das Wellenfeld aus der Überlagerung von Bug- und Heckwellen bei unterschiedlicher Wassertiefe.
In diesem Bereich gibt es bis zum Ufer hin mehrere Bereiche mit unterschiedlicher Wassertiefe.

N54°56'28.51" E9°50'34.72"

interaktives Luftbild mit GoogleEarth

wellenfeld-augustenborg.kmz

(FB)

Abb. 17: Fügt man unterhalb der Wasserlinie einen Wulst ein, so verringert sich die Höhe der Bugwelle. Man spart dadurch Treibstoff. (FB)

Abb. 18: Zwei Schiffe mit Wulstbug begegnen sich. Beim vorderen Schiff taucht der Bug nicht ein, daher gibt es dort eine höhere Bugwelle. (FB)

Abb. 19: Beide Schiffe liegen so tief, daß der Wulstbug eintaucht. Die Bugwelle ist sehr klein.
Beim rechten Schiff sieht man nach rechts verlaufend mehrere Wellen. (FB)