Wellenstrahl
Physik
Definition
Das Spektrum Lexikon der Physik definiert eine Wellenfront als die Menge aller zusammenhängenden Punkte einer Welle, die in Phase schwingen, zu jedem Zeitpunkt als dieselbe Phase haben[1]. Ein Wellenstrahl ist dann eine Gerade die senkrecht auf einer solchen Wellenfront steht. Das ist hier kurz erklärt.
Ein immer gerader Wellenstrahl in isotropen Medien
Die Definition nach dem Spektrum Lexikon der Physik gilt nur für sogenannte isotrope Medien. Ein Medium (z. B. Wasser, Luft, Vakuum) heißt isoptrop, wenn alle betrachteten Eigenschaften in jeder Richtung gleich ausgebildet sind. Ist ein Medium für die Ausbreitung einer Welle isotrop, dann breitet sich die Welle in jeder Richtung gleich schnell aus. Es bilden sich dann zusammenhängende Bereiche aus, in denen alle Oszillataren (schwingende Dinge) immer in Phase zueinander sind, also zu jedem Zeitpunkt denselben Schwingungszustand haben. Diese zusammenhängenden Bereiche nennt man eine Wellenfront. Ein Wellenstrahl ist dann eine Linie senkrecht auf der Wellenfront. Nur in isotropen Medien ist dieser Wellenstrahl überalle auch eine gerade Linie, also auch ein Strahl im eigentlich geometrischen Sinn.
Wo wäre der Wellenstrahl nicht gerade?
In anisotropen Medien, etwa dem Erdinneneren im Bezug auf Erdbebenwellen, wird sich dei Ausbreitungsrichtung einer Wellenfront mit der Zeit ändern. Entsprechend wird auch der Wellenstrahl seine Richtung ändern. Er wäre dann also auch kein Strahl mehr im engeren geometrischen Sinn. Entsprechend definiert das Spektrum Lexikon der Physik den Wellenstrahl auch nur für isotrope Medien.
Wie nennt man den Wellenstrahl in allgemein?
Möchte man sicht nicht auf isotrope Medien beschränken, kann man das sehr ähnliche Konzept des Wellenvektors verwenden. Wie der Wellenstrahl, der als unendlich lang in einer Richtung gedacht wird, steht auch der Wellenvektor immer senkrecht auf der Wellenfront. Er kann aber für jeden Punkt der Welle und für jeden Zeitpunkt definiert werden und darf seine Richtung kontinuierlich mit der Zeit und mit dem Ort ändern. Siehe auch Wellenvektor ↗
Fußnoten
- [2] Wellenstrahl. In: Spektrum Lexikon der Physik. August 2022. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/geowissenschaften/wellenstrahl/18146
- [3] Definiert in einem Lexikon aus dem Jahr 1909: "Jede vom Mittelpunkte des Wellensystems auf der wagerecht gedachten Wasserfläche gezogene Gerade heißt ein Wellenstrahl. Alle Wasserteilchen, die im Ruhezustand auf dieser Geraden (A B, Fig. 1) lagen, befinden sich während der W. teils darüber, teils darunter, je nachdem sie augenblicklich einem Wellenberg oder einem Wellental angehören, und bilden daher in ihrer Aufeinanderfolge eine auf- und abgewundene Wellenlinie. Eine Strecke auf dem Strahl, die von einer vollständigen Welle, nämlich einem Wellenberg und einem Wellental, eingenommen wird, nennt man eine Wellenlänge." In: Meyers Großes Konversations-Lexikon, Band 18. Leipzig 1909, S. 216-217. Online: http://www.zeno.org/nid/20007450923