Hafeneinfahrt: Wellen, die sich ausbreiten

Ein Lernspiel als Simulation. Sag voraus, wie sich Meereswellen durch die Öffnung einer Hafenmauer ausbreiten: die erste ruhige Richtung, die Öffnung, die ein vertäutes Boot ruhig liegen lässt, die Wellenlänge, die Öffnung, bei der die Wellen den Hafen füllen, und einen Ruhewinkel aus Geschwindigkeit und Periode der Wellen; dann lass den Wellenmesser schwenken.

BeugungWasserwellen

HAFENEINFAHRT

Erste ruhige Richtung

Bereit
Aktiviere JavaScript, um den Wellenmesser schwenken zu lassen. Anleitung und Rechenbeispiel bleiben lesbar.
Wellen (hell und dunkel: hoch; grau: ruhig)Wellenmesser und BooteDeine VorhersageMauer und Skala
Wellensin θ = λ ÷ a

Zeit

0.00 s

t

Wellenlänge

— m

λ

Öffnung

— m

a

Winkel des Messers

— °

θ

Wellenhöhe

— %

A

Sag voraus, bevor du startest

Gib deine Vorhersage ein, um alles vorzubereiten. Start bleibt aus, bis eine Antwort da ist.

Sag voraus, wo das Wasser ruhig bleibt.

Missionspunkte—

Jede Antwort muss auf 2 % genau sein: Jede bringt 100 Punkte. Richtig im ersten Lauf gibt 50 dazu. Ein Lauf zählt, sobald er startet.

✓ Richtige Antwort① Auf Anhieb

So spielst du Hafeneinfahrt

  1. Wähle einen Test und lies auf der Karte die Wellenlänge, die Öffnung oder den Winkel.
  2. Nutze sin θ = λ ÷ a, mit θ von geradeaus gemessen, und λ = v·T.
  3. Gib deine Vorhersage ein und drück Start. Der Wellenmesser schwenkt von geradeaus bis zur Mauer.
  4. Vergleiche die orange gestrichelten Linien mit den ruhigen Richtungen, im Hafen und im Diagramm.

Beugung

Wellen, die durch eine Öffnung oder um ein Hindernis laufen, laufen nicht als gerades Bündel weiter: Sie breiten sich in den Raum dahinter aus. Das ist Beugung. Wie stark, hängt von der Öffnung im Vergleich zur Wellenlänge ab. Eine Öffnung von vielen Wellenlängen lässt ein ziemlich schmales Bündel durch; eine Öffnung von etwa einer Wellenlänge breitet die Wellen aus wie Kreise von einem einzigen Punkt. Weit hinter einer Öffnung der Breite a sind die Wellen geradeaus am stärksten und werden zu den Seiten schwächer, mit ruhigen Richtungen, in denen sich die Wellen aus verschiedenen Teilen der Öffnung auslöschen; die erste liegt bei sin θ = λ ÷ a. Darum hörst du jemanden um die Ecke (Schallwellen sind etwa so lang, wie eine Tür breit ist), siehst ihn aber nicht (Lichtwellen sind kürzer als ein Tausendstel Millimeter). Hafeningenieure nutzen dieselbe Regel, um zu planen, wo Boote hinter einer Mole ruhig liegen.

Ein fokussiertes Lernmodell

Das Muster ist so gezeichnet, wie es weit hinter der Öffnung wäre: Wellenhöhe |sin β ÷ β| mit β = π·a·sin θ ÷ λ, in jeder Entfernung gleich. Die Wellen werden nicht an der Mauer reflektiert und verlieren beim Ausbreiten keine Energie, und der Meeresboden ist flach. Die Wellen sind verlangsamt gezeichnet, ein Wellenberg pro Sekunde. Antworten auf 2 % genau sind richtig.

Beim Sprachwechsel bleiben Versuch, Vorhersage, Versuche und Durchgang erhalten.