Wie eine Welle entsteht

Untertitel: Korken, Blitze und Orangenbäume

Etwas unromantisch formuliert kann man sagen: Eine Welle entsteht durch die Ausbreitung einer Störung. Was damit gemeint ist, erfährst du in diesem Abschnitt.

Um das Prinzip der Entstehung einer Welle zu verstehen, sehen wir uns zunächst drei Beispiele aus dem Alltag an: eine Wasserwelle, eine Schallwelle und eine Erdbebenwelle.

Stell dir eine ruhige Wasseroberfläche vor. Ungestört ist sie waagrecht und eben, weil dann die potenzielle Energie minimal ist (folgende Abb. a). Wenn etwas ins Wasser fällt, wird an dieser Stelle die Flüssigkeit nach unten gedrückt, und die ruhige Oberfläche wird gestört. Eine Flüssigkeit lässt sich aber praktisch nicht zusammendrücken. Deshalb muss sie auf die Seite ausweichen. Dadurch einsteht eine Kreiswelle, die sich von der Einschlagstelle entfernt (F1). Die Wasserwelle wurde also durch eine Störung verursacht (nämlich die Störung der Oberfläche). Dieses Prinzip gilt allgemein für Wellen und daher sagt man: Eine Welle ist die Ausbreitung einer Störung.

a: ruhige, ungestörte Oberfläche; b: die nach unten gedrückte Oberfläche kann nur nach außen ausweichen; rechts: Milchtropfen und Kreiswellen.

Das Eindrücken der Wasseroberfläche erfordert Energie. Diese Energie wandert mit der Welle nach außen weg. Was passiert mit einem Korken, an dem die Welle vorbeistreift? Der Korken tanzt hin und her, aber wenn die Welle vorbei ist, ist er wieder in Ruhe und noch immer an derselben Stelle (F2). Warum? Eine Welle ist keine Strömung! Bei einer Welle wird zwar Energie, nicht aber Materie transportiert. Daher kann man auch sagen: Eine Welle ist die Ausbreitung von Energie ohne Materietransport.

Auch Erdbebenwellen entstehen durch Störungen. Bei einem Erdbeben verschieben sich die Kontinentalplatten ruckartig (F3). Diese Bewegung ist die Störung, bei der unglaubliche Energie freigesetzt wird. Die Erdbebenwellen sind der Abtransport dieser Energie. Findet das Beben unter Wasser statt, dann können zusätzlich große und verheerende Wasserwellen entstehen, die Tsunamis (F4). Diese zeigen auf eindrucksvolle aber auch tragische Weise den Energietransport in einer Welle.

• Plattenverschiebung
• Ausbreitung eines Tsunamis

Bleibt noch als drittes Beispiel die Schallwelle eines Donners. Im Inneren eines Blitzes kann es unglaublich heiß werden, bis rund 30.000 °C! Das ist etwa 5-mal so heiß wie auf der Sonnenoberfläche! Die heiße Luft dehnt sich extrem schnell aus und wird nach außen hin zusammengedrückt. Diese Dichteschwankung der Luft ist die Störung, die die Schallwelle erzeugt. Diese hörst du dann wiederum als Donner (F5).

Im Inneren des Blitzkanals können die Temperaturen bis auf 30.000 °C steigen. Seeehr heiß!

Eine Welle ist die Ausbreitung einer Störung und somit von Energie ohne Materietransport. Die Störung kann zum Beispiel das Eindrücken der Wasseroberfläche sein (Wasserwelle), das Rutschen der Kontinentalplatten (Erdbebenwelle) oder eine Dichteschwankung der Luft (Schallwelle).