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Wellengeschwindigkeit

c=l·f

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Basiswissen｜ Die Geschwindigkeit von Wellen in einer Wellenwanne｜ Die Geschwindigkeit von Wellen am Strand｜ Die Geschwindigkeit von Windwellen auf offener See｜ Legende｜ Die Geschwindigkeit von Gezeitenwellen in Flüssen｜ Die Geschwindigkeit einer Tsunami-Welle｜ Die Geschwindigkeit eines Wellenpakets｜ Berechnung der Wellengeschwindigkeit｜ Fußnoten


Basiswissen


Wie schnell sich der Berg einer Welle fortbewegt nennt man die Wellengeschwindigkeit. Bei Wasserwellen hängt sie zum Beispiel auch von der Wassertiefe aber. Komplizierter wird die Definition bei der Betrachtung von Licht als Wellen-Erscheinung. Das ist hier kurz vorgestellt.



Bildbeschreibung und Urheberrecht
Etwa 13 bis 21 km/h schnell: die berühmte Bore oder Gezeitenwelle auf dem englisch-walisischen Fluss Severn. Die Welle wird gerne von Surfern benutzt. Es gilt die Formel: c=l·f © Ruth Sharville ☛


Die Geschwindigkeit von Wellen in einer Wellenwanne


Eine Wellenwanne, im Englischen ripple tank, ist eine flache Wanne in der rund 0,5 Zentimeter tiefes Wasser steht. In einer solchen Wanne kann man in Versuchen Wellen ohne äußere Einflüsse wie etwa Wind gut beobachten:



In einer Wellenwanne wurde für kleine, flache Wellen eine Geschwindigkeit von rund 22,5 cm/s bestimmt.

Flache Wellen, die man etwa durch Tippen mit einem Finger im Wasser erzeugt, haben oft eine Geschwindigkeit in der Gegend von rund 20 cm/s. Siehe auch Wellenwanne (Geschwindigkeitsmessung) ↗

Die Geschwindigkeit von Wellen am Strand


10 km/h für kleine bis zu etwa 50 km/h für große Wellen sind typische Geschwindigkeiten für Wellen am Strand. Kleine Wellen kommen etwa alle 3 Sekunden an, größere etwa alle 14 Sekunden. Wenn es am Strand Buhnen oder Stege gibt, kann man zuerst die Länge der Buhne mit der eigenen Schrittweite abschätzen. Später kann man dann Wellen beobachten, die an der Buhne entlang laufen. Mit einer Stoppuhr misst man die Zeit für die ganze Länge der Buhne. Die Länge in Metern geteilt durch die Zeit in Sekunden gibt die Geschwindigkeit der Welle in Metern pro Sekunde (m/s). Diese Zahl mal 3,6 gerechnet gibt dann die Geschwindigkeit der Welle in Kilometern pro Stunde (km/h). Siehe auch Geschwindigkeit berechnen ↗

Die Geschwindigkeit von Windwellen auf offener See


Größere, gleichmäßige Wellen entstehen oft dort, wo der Wind längere Zeit in dieselbe Richtung weht. Die endgültige Geschwindigkeit der Wellen hängt dann vor allem von der Geschwindigkeit des Windes ab. Weht der Wind lange genug, stellen sich die folgenden Geschwindigkeiten für die Wasserwellen ein:

19 | 19 | 2 | 0.27 | 8.5 | 3.0 | 2.8 | 10.2
37 | 139 | 10 | 1.5 | 33.8 | 5.7 | 5.9 | 19.5
56 | 518 | 23 | 4.1 | 76.5 | 8.6 | 8.9 | 32.0
74 | 1,313 | 42 | 8.5 | 136 | 11.4 | 11.9 | 42.9
92 | 2,627 | 69 | 14.8 | 212 | 14.3 | 14.8 | 53.4

Legende


  • Spalte 2: Offene Wassertrecke für die Entwicklung der Welle (fetch) in Kilometer ↗
  • Spalte 3: Die Dauer der Windwirkung mit der Einheit Stunde ↗

Die Geschwindigkeit von Gezeitenwellen in Flüssen


Gezeitenwellen entstehen an Flussmündungen. Eine einzelne Welle wandert dann oft gut sichtbar einen Fluss hinauf. Die größte Gezeitenwelle in Deutschland läuft den Fluss Ems hinauf und soll zwischen 15 bis 20 km/h schnell sein[1][2]. Die höchste Gezeitenwelle fliesst den chinesischen Fluss Qiantang hinauf. Sie erreicht eine Höhe von bis zu 9 Metern und soll Geschwindigkeiten zwischen 25 bis 40 km/h haben[3]. Die unter Surfern berühmte Bore an dem englisch-walisischen Grenzfluss Severn soll Geschwindigkeiten von 13 bis 21 km/h erreichen[4]. Siehe auch Gezeitenwelle ↗

Die Geschwindigkeit einer Tsunami-Welle


  • Die Geschwindigkeit einer Wasserwelle ist die ihres Wellenberges.
  • Kleine Wellen (in einem Teich) haben wenige Millimeter pro Sekunde.
  • Wellen werden umso langsamer je flacher das Wasser ist.
  • Tsunamis erreichen oft mehrere 100 km/h.

Die Geschwindigkeit eines Wellenpakets


  • Licht modelliert man oft als Welle und Teilchen zugleich.
  • Ein so modelliertes Lichtteilchen nennt man auch ein Photon.
  • Dabei werden (unendlich) viele sinusförmige Wellen addiert.
  • Die Summe dieser Einzwellen ergibt ein Wellenpaket.
  • Für diese Wellenpaket gibt es verschiedene Geschwindigkeiten.
  • Man unterscheidet die Phasen- und die Gruppengeschwindigkeit.

Berechnung der Wellengeschwindigkeit


  • c=l·f
  • c ist die Geschwindigkeit
  • l ist die Wellenlänge
  • f ist die Frequenz

Fußnoten


  • [3] Gezeitenwelle. In: Wikipedia. Abgerufen am 24. Juni 2023. Online: de.wikipedia.org/wiki/Gezeitenwelle
  • [4] Severn bore. In: Wikipedia. Abgerufen am 24. Juni 2023. Online: en.wikipedia.org/wiki_Severn_bore