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Inhaltsverzeichnis

Die Präsentation

http://elearnphysik.mat.univie.ac.at/wiki/images/c/ce/Meereswellen.pps



Meereswellen

zur Entstehung von Wasserwellen:

schematische Darstellung

Bild:Wavegenerierung.jpg


Der Baumeister der normalen Wasserwelle ist der Wind. Bläst der Wind über das Wasser, müssen sich ihre Geschwindigkeiten durch kleine Wirbel an ihrer Gränzfläche angleichen. Lassen wir nun die Wirbelgrösse gegen 0 gehen, erhalten wir eine laminare Strömung (in unserer schematischen Darstellung mit gelben Linien gekennzeichnet). Diese Grenzfläche ist sehr instabil. Der Wind bewirkt, dass jede kleine Wölbung der Wasseroberfläche verstärkt wird. (unabhängik davon, wie diese Wölbung zustandekommt) Warum ist das so?


Die Antwort finden wir in der Bernoulligleichung wieder, die die Geschwindigkeit einer Strömung mit ihrem Druck in Verbindung bringt.


Bernoulligleichung:

Bild:Bernoulli.jpg


man erkennt: steigt die Geschwindigkeit v, muß nach Bernoulli der Druck p sinken. In unserem Fall muß der Wind durch die Unebenheit an der Wasseroberfläche einen weiteren Weg in gleicher Zeit zurücklegen (siehe schematischen Darstellung). Das bedeutet die Windgeschwindigkeit steigt im Bereich der Wölbung. Was des weiteren (nach Bernoulli)zur Folge hat, dass der Luftdruck sinkt. Es ensteht eine Kraft, die senkrecht auf die Wasseroberfläche steht und von ihr in Luftrichtung wegzeigt. Diese Kraft lässt unsere "Unebenheit" zu einer Welle wachsen.


zur Beschreibung einer Wasserwelle

Bild:wwformel.jpg


Wir können erkennen, dass die Geschwindigkeit einer Wasserwelle (c) von der Wellenlänge Landa abhängik ist. Je größer die Wellenlänge, umso schneller die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle. Des weiteren wird c kleiner, wenn die Wassertiefe (h)in Relation zur Wellenlänge geringer wird. Bei tiefer See geht der Tangens gegen 1.


Bild:Danny1.jpg

Wie auf dem Foto schön zu erkennen, haben Meereswellen lange, weite Täler und spitze kurze Kämme. Meereswellen sind als Schwebungen von Komponentenwellen zu verstehen.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist nicht nur von der Größe Landa abhängik, sondern auch von den kleinen Abweichungen von den Wellenlängen der Komponentenwellen zur Wellenlänge. Dies wird Dispersion genannt:

Dispersion:

Bild:Dispersionsformel.jpg

Um sich leichter vorstellen zu können, wie schnell eine Welle mit einer gegebenen Wellenlänge Landa, bzw. Frequenz (Herz) und einer Meerestiefe h ist, folgen noch zwei Diagramme:


Ausbreitungsgeschwindigkeit in Abhängikeit der Frequenz:

Bild:dispersion2.jpg

Ausbreitungsgeschwindigkeit in Abhängikeit der Wellenlänge:

Bild:Dispersion3.jpg


Diese Welle hat ca. eine Wellenlänge von 100Meter. Wie groß ist ihre Ausbreitunsgeschwindigkeit?

Bild:Uluwatu1.jpg


Kommt eine Welle nun nach einer langen Reise in seichtes Gewässer / ans Ufer, nimmt ihre Wellenlänge ab und aufgrund der Energieerhaltung ihre Amplitude zu. Umgangssprachlich sagt man: Die Welle türmt sich auf. Hat sie eine gewisse Amplitude (höhe) erreicht, fällt sie in sich zusammen, wie auf dem schönen Foto unterhalb. Von der Höhe der Welle im Zeitpunkt des Brechens können wir auf die Wassertiefe an diesem Punkt schließen: Wellen brechen bei einer mittleren Wassertiefe h von ca. h= 1,3*A


Bild:Surfer.jpg


Die verschiedenen Arten von Meereswellen

Wenn man über Meereswellen spricht, denken viele automatisch an die brechenden Wellen am Strand. Jeder Strand hat seinen eigenen "charakter" wie die Wellen brechen, ob hohe oder flache Wellen, sich schön auftürment zu einer Röhre oder gleich wieder zusammenfallende Wellen.


Woher kommen aber die verschieden Formen von brechenden Wellen?



Wichtige Faktoren für die Form einer Welle

Bild:Wellenform.jpg



Wie man auf der Grafik erkennen kann gibt es drei wichtige Faktoren, die zur Form der brechenden Welle beitragen, der anstieg vom Strand, der vorherrschende Wind und die Wellenlenge der jeweiligen Welle.

Um eine Welle vorzufinden, welche angenehm für einen Badeurlaub ist, wie die Welle auf der Grafik linkerhand, müssen einige Grundvoraussetzungen herrschen.

Großen Einfluss auf die Form der Welle, hat der Anstieg des Strandes. Da sich dieser Anstieg nicht verändert, oder nur sehr langsam über den Zeitraum von vielen Jahren, kann man eine der drei Faktoren als sehr konstant annehmen. Es ist auch den Menschen die am Meer leben, bekannt wie die Wellen an gewissen Punkten brechen. Diese Menschen werden ihre Informationen aus der Erfahrung herraus haben, begründen kann man aber die wiederholden gleichartigen Formen der Wellen durch den anstieg des Strandes. Die zwei weiteren Faktoren, Wellenlänge und Wind, sind nicht so leicht einzuschätzen. Besonders durch den wechsel der gezeiten, kann sich die Stärke der Welle verändern und somit die Form der Welle. Aber auch da kann man aus der Erfahrung heraus, Perioden erkennen und nach Tageszeit gleiche Formen der Wellen erkennen. Gleiches gilt für den Wind, der sich oft gemäß der Tageszeit ähnelt.

Hier ein Beispiel für eine sogenannte tubing wave. Durch einen steilen Anstieg des Strandes und einen passenden Wind, offshore, ein Wind der gegen die Welle bläst und somit das Zusammenbrechen der Welle verzögert, sowie einer genügenden Wellenlänge, kommt solch eine Welle zustande.


Bild:tube.jpg


Im Gegensatz zu einer "gently breaking wave".


Bild:gently.jpg



Versiedene Arten von Breaking-Points

Am öftersten kann man brechende Wellen am Strand beobachten, dass ist aber nicht der einzige Platz, wo Wellen brechen könne.

Die folgende Grafik zeigt verschiedene Arten von Breaking-Points. Die häufigsten Arten sind Beachbreaks, Pointbreaks und Reefbreaks.

Bild:break.jpg


Monsterwellen

Wie man in der Präsentation sehen konnte, gibt es das Phänomen der Monsterwellen.

Bis 1995 galten Monsterwellen, die schon seit Jahrhunderten von den Seeleuten berichtet werden, als reine Erfindungen. Verluste von Schiffen wurden schlechter Wartung oder mangelnden seemännischen Fähigkeiten zugeschrieben, auch wenn es Fälle gab, bei denen diese Begründungen nicht ausreichten. Zwei Ereignisse mit eindeutig dokumentierten Monsterwellen führten dazu, dass die Existenz von Monsterwellen nicht mehr in Frage gestellt und wissenschaftliche Forschungen betrieben werden: so wurde am 11. September 1995 der britische Luxusliner Queen Elizabeth 2 auf dem Weg von Cherbourg nach New York über der Neufundlandbank von Monsterwellen getroffen. Die von der wissenschaftlichen Forschung bestimmte maximale Höhe natürlicher Ozeanwellen von 15 m war zugleich Maßstab für die Auslegung der Belastbarkeit von Schiffen im Schiffbau auf 16,5 m. Erst ein Forschungsauftrag der Versicherungen, die für den Verlust von Schiffen aufzukommen hatten, brachte neue Ergebnisse. Man vermutet, dass diese Monsterwellen durch Überlagerung von mehreren normalen Wellen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten entstehen. Dabei können Wellen von bis zu 40 Metern Höhe entstehen. Warum gerade an gewissen Stellen wie Kap Hoorn häufiger solche Riesenwellen beobachtet werden, wird seit einigen Jahren erforscht.


Bild:waveneu.jpg


Wie man in der Grafik sehen kann, eine schnelle Welle überholt eine langsame Welle. Es kommt zur überlagerung, die Amplituden der beiden Wellen werden addiert.

Quellen

Persönliche Werkzeuge
ePraktika