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Brechung (Physik)

z. B. Licht

Basiswissen


Strahlen oder Wellen können beim Durchtritt durch eine Grenze zwischen zwei Medien, z. B. von Luft in Wasser, ihre Richtung ändern[1]. Dieses Phänomen nennt man Brechung[2] oder auch Refraktion[8]. Diese Brechung tritt auch bei Wasserwellen auf[10]. Das wird hier kurz vorgestellt.

Die Brechung von Licht


Ohne den Einfluß von äußerer Materie breitet sich Licht wie auf einer geraden Linie aus. In durchsichtigen Stoffen wird Licht aber langsamer[11]. Beim Wechsel von einem zu einem anderen Stoff kann Licht also seine Geschwindigkeit ändern. Oft ändert es dabei auch seine "Flugrichtung". Wie stark und in welche Richtung das Licht seine Richtung ändert, sich als bricht, berechnet man über das Snelliussche Gesetz[12]. Den gesamten Effekt bezeichnet man auch als Lichtbrechung ↗

Die Brechung von Wasserwellen


So wie Licht seine Richtung ändern kann, wenn es zwischen zwei optisch unterschiedlich dichten Medien wechselt, so können ganz ähnlich Wasserwellen ihre Richtung ändern, wenn sie zwischen flachen und tieferen Bereichen wechseln. Eine Welle schwenkt dabei immer hin zum flacheren Uferbereich. Das lässt sich sehr gut an flachen Küstenstreifen, etwa der Nordseeküste, beobachten.



Wellen werden langsamer, wenn sie in flacherere Bereich von Wasser kommen. Dadurch ändern sie in Übereinstimmung mit dem Huygensschen Prinzip[14] auch ihre Richtung.[15]

Das Phänomen dafür hängt damit zusammen, dass Wellen dort, wo das Wasser weniger tief ist, langsamer werden. Damit kann man auch erklären, dass selbst bei kleineren Inseln die Wellen in Nähe des Ufers stets in Richtung Strand zu laufen scheinen, und zwar auch dann, wenn die Wellen auf dem offenen Meer eine ganz andere Richtung haben.

Ein gutes Gedankenmodell: Tretboot, Panzer und eingehakte Menschen


Man stelle sich vor, man sitze in einem kleinen Tretboot und bewege sich durch Wasser. Nun wird das Wasser auf der rechten Seite aus irgendeinem Grund sehr viel zäher, das heißt klebriger. es könnte dort zum Beispiel etwas sumpfig sein oder es wachsen dort viele Pflanzen. Es erscheint logisch, dass das Boot auf dieser Seite abgremst wird, und zwar mehr als vom normalen Wasser auf der linken Seite des Bootes. Entsprechend würde sich das Boot hin zu dieser Seite mit dem zäheren Wasser bewegen. Andere Metaphern verwenden mit demselben Ergebnis Panzer, deren Ketten auf einer Seite durch schweren Schlamm und auf der anderen auf festem Boden laufen. Ebenfalls gut vorstellbar sind 10 Menschen die nebeinander und fest untereinander verhakt über die Arme marschieren. Geraten die rechten dieser Menschen plötzlich in schlammigen Grund werden sie sofort langsamer. Die linken Personen laufen aber noch weiter auf festem Grund und behalten ihre alte Geschwindigkeit bei. Dann wird diese Menschenwand von links nach rechts hin zum Schlamm einschwenken. Solche Denkbilder [] nennt man auch Metapher ↗

Etwas anderes: das Wellenbrechen


Von einer Brechung der Welle als Änderung ihrer Richtung unterscheidet man bei Wasserwellen das Brechen dieser Welle. Das Brechen bezeichnet das Aufbäumen und den anschließenden Zusammensturz einer Welle. Auch dieses Phänomen hat etwas damit zu tun, dass Wellen in flachem Wasser langsamer werden, kann aber auch auftreten, ohne dass die Welle dabei ihre Richtung ändert. Siehe dazu auch Wellenbrechen ↗

Fußnoten