Clapotis
Wellenmuster
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Definition｜
Seemännische Bedeutung｜
Wellentheoretische Bedeutung｜
Versuchsidee｜
Das Aufreißen der Wellen｜
Verwandte Phänomene｜
Seiche｜
Kreuzsee｜
Fußnoten
Definition
Im frühen 19. Jahrhundert bezeichnete das Wort Clapotis zunächst ein Muster unregelmäßiger, wenig hoher Wellen [1], zum Beispiel in Verbindung mit Reflexionen an steilen Ufern [2]. Das Wort selbst leitete sich als Lautmalerei von einem plätschernden [3] oder klappernden [3] Geräusch solcher Wellenmuster her. Später nahm das Wort immer mehr die einengende Bedeutung einer stehenden Welle (mit komplexem zweidimensionalen Muster) an. [4] [5]
Seemännische Bedeutung
Ein Wasserbauwerk an der Binnenschifffahrtsstraße Main, zeigt eine typische Clapotis im ursprünglichen Sinn: viele, ähnlich große Wellenfronten gehen in alle möglichen Richtungen kreuz und quer. Sie haben eine kurze Lebensdauer und erzeugen die typisch plätschernd-klatschende Geräuschkulisse.
Das Wort Clapotis als Bezeichnung für ein Muster von Wasserwellen wurde spätestens im Jahr 1792 schriftlich festgehalten. In einem französischen Lexikon der Seefahrt finden wir folgende Beschreibung.
ZITAT:
1792: "CLAPOTIS. Subst. mask. (Rippling). Leichte Bewegung des Meeres, die seine Oberfläche ein wenig kräuselt, den kleinsten Fahrzeugen jedoch nicht die geringste oszillierende Bewegung mitteilt, aber nicht erlaubt, ihren genauen Tiefgang bis auf wenige Zoll genau zu beurteilen, wenn man die Fußskalen abliest, die am Steven und am Achtersteven angebracht sind. Wenn diese Erscheinung auf der Meeresoberfläche durch einen schwachen Wind hervorgerufen wird, kann sie bisweilen auch durch den Zusammenstoß oder das Aufeinandertreffen zweier entgegengesetzter Gezeiten verursacht werden, das heißt zweier Gezeiten, die aus zwei Meeren in einen Kanal einströmen, durch den ihre Verbindung hergestellt ist. Man beobachtet dies im Ärmelkanal an den Stellen, wo die Flut der Nordsee der Strömung entgegengesetzt ist, welche die Gewässer des Ozeans in denselben Kanal hineinführt." [1]
1792: "CLAPOTIS. Subst. mask. (Rippling). Leichte Bewegung des Meeres, die seine Oberfläche ein wenig kräuselt, den kleinsten Fahrzeugen jedoch nicht die geringste oszillierende Bewegung mitteilt, aber nicht erlaubt, ihren genauen Tiefgang bis auf wenige Zoll genau zu beurteilen, wenn man die Fußskalen abliest, die am Steven und am Achtersteven angebracht sind. Wenn diese Erscheinung auf der Meeresoberfläche durch einen schwachen Wind hervorgerufen wird, kann sie bisweilen auch durch den Zusammenstoß oder das Aufeinandertreffen zweier entgegengesetzter Gezeiten verursacht werden, das heißt zweier Gezeiten, die aus zwei Meeren in einen Kanal einströmen, durch den ihre Verbindung hergestellt ist. Man beobachtet dies im Ärmelkanal an den Stellen, wo die Flut der Nordsee der Strömung entgegengesetzt ist, welche die Gewässer des Ozeans in denselben Kanal hineinführt." [1]
In dieser ersten greifbaren Definition sind drei wichtige Aspekte genannt: a) die Wellen sind eher klein (Schiffe bleiben unbewegt), ihre Richtung ist eher unregelmäßig (Kräuselung) und c) das Muster kann durch die Überlagerung verschiedener vorher unabhängiger Wellen entstehen (Wind, Gezeiten).
ZITAT:
1835: "Leichte Bewegung der Wellen, die sich in alle Richtungen kreuzen und aneinanderstoßen." [2]
1835: "Leichte Bewegung der Wellen, die sich in alle Richtungen kreuzen und aneinanderstoßen." [2]
Erst später erinnerte man sich an die eigentliche Bedeutung des Wortes und sah die Verbindung zu clapoter. [4] Auf Deutsch heißt das so viel wie plätschern oder schwappen. Und tatsächlich verursachen die Wellen einer Clapotis ein genau solches Geräusch, wenn sie auf die steilen Wände in einem Hafenbecken treffen. Das charakteristische Geräusch geht sogar manchmals bis ins Schmatzende.
Eine Clapotis, so wie ursprünglich im 18. und 19. Jahrhundert im Französischen beschrieben, ist damit eine Erscheinung die vor allem im Zusammenhang mit Häfen beschrieben worden sein dürfte. Clapotis steht dann für ein Wellenmuster mit folgenden Eigenschaften.
- Eher niedrige Wellen, bewegen keine Schiffe
- Keine klare Richtung einzelner Wellen, durcheinander
- Wellen mit verschiedenen Entstehungsgeschichten
- Auftreten vor allem in (Hafen)Becken mit steilen Wänden
- Geräusche wie von Plätschern und Schwappen
Doch schon im späteren 19. Jahrhundert verengte und verlagerte sich die Bedeutung des Wortes Clapotis. Der Kontext wechselte von der Seefahrt in die Wissenschaft.
Wellentheoretische Bedeutung
In der physikalisch-mathematischen Beschreibung von Wellen steht Clapotis für eine stehende Welle auf einer Wasseroberfläche. Von der ursprünglichen Bedeutung wurden fast alle ursprünglich wesentichen Merkmale aufgegeben.
Schon 1877 deutet sich eine Verengung und Verschiebung der Begriffsbedeutung an. Der Mathematiker, Physiker und Hydrodynamiker Jopseph Valentin Boussinesq (1842 bis 1929) benutzte den Begriff, um im Kern eine stehende Welle zu beschreiben, die als Überlagerung von zwei Wellen entstand.
ZITAT:
Boussinesqu, 1877: "Auf diese Weise nämlich, durch die Überlagerung direkter Wellen, die vom offenen Meer herankommen, mit annähernd gleichen Wellen, die nach ihrer Reflexion an einem senkrechten oder sehr steilen Ufer zurücklaufen, entsteht das Phänomen des Clapotage so häufig in der Nähe steiler Küsten. In dieser Hinsicht verhält es sich mit den Flüssigkeitswellen wie mit den Schallwellen, die kaum irgendwo zu festen Bäuchen und Knoten führen, außer durch ihre Reflexion an den Grenzen der homogenen elastischen Systeme, in denen sie sich ausbreiten." [4]
Boussinesqu, 1877: "Auf diese Weise nämlich, durch die Überlagerung direkter Wellen, die vom offenen Meer herankommen, mit annähernd gleichen Wellen, die nach ihrer Reflexion an einem senkrechten oder sehr steilen Ufer zurücklaufen, entsteht das Phänomen des Clapotage so häufig in der Nähe steiler Küsten. In dieser Hinsicht verhält es sich mit den Flüssigkeitswellen wie mit den Schallwellen, die kaum irgendwo zu festen Bäuchen und Knoten führen, außer durch ihre Reflexion an den Grenzen der homogenen elastischen Systeme, in denen sie sich ausbreiten." [4]
Das Zitat stammt nicht aus einem Lexikon sondern aus einem umfangreichen physikalischen Werk mit stark mathematischem Gehalt. Als Verbindung zur ursprünglich seemännischen Definition bleiben hier nur noch die steilen Wände und die Überlagerung verschiedener Wellen übrig. Die restlichen Eigenschaften wurden unwesentlich.
Diese Deutung einer Clapotis als stehende Welle, entstanden durch Reflexion, hatte sich unter Theoretikern bereits Anfang des 20. Jahrhunderts [5] durchgesetzt und besteht bis heute fort [6] [7].
DEFINITION:
2008: "Clapotis. Auch stehende Welle genannt: Sie entsteht durch die Überlagerung zweier Wellengruppen. Diese laufen mit gleicher Wellengeschwindigkeit gegeneinander und deren Wellen weisen identische Höhen und Längen auf." [6]
2008: "Clapotis. Auch stehende Welle genannt: Sie entsteht durch die Überlagerung zweier Wellengruppen. Diese laufen mit gleicher Wellengeschwindigkeit gegeneinander und deren Wellen weisen identische Höhen und Längen auf." [6]
DEFINITION:
2011: Eine Clapotis ist eine "perfekt stehende Welle […] an einer vertikalen Wand, bei der den Schwingungsknoten der Wert Null und den Schwingungsbäuchen jeweils der maximale Energiebetrag zugeordnet ist" [7]
2011: Eine Clapotis ist eine "perfekt stehende Welle […] an einer vertikalen Wand, bei der den Schwingungsknoten der Wert Null und den Schwingungsbäuchen jeweils der maximale Energiebetrag zugeordnet ist" [7]
Versuchsidee
Eine einfache Möglichkeit, um selbst eine Clapotis im historisch ursprünglichen Sinn als auch im späteren wellentheoretischen Sinn zu erzeugen, ist es, Wasser in einen Backblech zum Schwingen zu bringen. Man nimmt dazu am besten ein Backblech mit möglichst hohen und senkrechten Seitenwänden.
In einer Wellenwanne wird eine einzelne laufende Wellen erzeugt. Man erkennt auch, wie durch Reflexionen neue Wellen mit neuen Richtungen entstehen.
Nun kann man versuchen, ein Muster niedriger aber sehr unregelmäßiger Wellen zu erzeugen. Am besten rüttelt man das Blech nach Stärke und Richtung möglichst unregelmäßig. Im Idealfall gehen damit auch die Geräusche eines Schwappens einher. Damit hätte man dann eine Clapotis im ursprünglich seemännischen Sinn. Man kann aber auch versuchen, eine saubere stehende Welle zu erzeugen. Dazu regt man das Blech mit konstanter Frequenz und Amplitude an. In beiden Fällen dürften Fingerspitzengefühl und Geduld hilfreich sein.
Das Aufreißen der Wellen
Treffen zwei Wasserwellen mehr oder minder frontal aufeinander, addieren sich deren Wellenhöhen nicht mehr bloß zu einer höheren gewölbten Wellen. Es kommt vielmehr zu einer klatschenden Kollision, bei der Wasserteilchen aus der Welle herausgerissen und nach oben geschleudert werden. Schießt das Wasser an den Schwingungsbäuchen auf diese Weise vertikal nach oben, oft mit Spritzern, spricht man von einer aufgerissenen Clapotis. [1] Es gilt dann auch nicht mehr das physikalische Prinzip einer Superposition, bei der sich die Wellenhöhen einfach nur addieren. Bei einer aufgerissenen Clapotis ist die Höhe der resultierenden Wellen mehr als die Summe der sie bildenden Wellen.
Verwandte Phänomene
Eine Clapotis entsteht durch eine sogenannte Interferenz, nämlich dann, wenn reflektierte Wellen mit neu ankommenden Wellen einer ähnlichen Wellenlänge und Frequenz interferieren. Diese Gemeinsamkeit teilt die Clapotis mit einer Reihe ähnlicher Phänomene.
Seiche
Auch eine sogenannte Seiche (aus Französischen) ist eine stehende Welle in einem mehr oder minder von Festland umrandeten Gewässer. [2] Seichen wurden umfangreich für große Seen am Alpenrand beschrieben, treten aber auch zum Beispiel in kleinere Meeren auf. [3] Anders als bei einer Clapotis sind die Wellen hier aber sehr vieler länger ihre ihre Frequenzen sehr viel niedriger. Einzelne Wellen einer Seiche können über mehrere Tage hinweg immer wieder aufs Neue am Ufer reflektiert werden und über die Wasserfläche laufen. Siehe auch 👉 Seiche
Kreuzsee
Als Kreuzsee bezeichnet man in der Seefahrt eine Art von Seegang bei der typischerweise zwei Wellensysteme aufeinandertreffen und mehr oder minder hohe Wellen aus zwei verschiedenen aber beständigen und gut erkennbaren Richtungen kommen. Eine mögliche Art der Entstehung ist die Reflexion von Wellen. Eine Kreuzsee kann aus mindestens zwei Gründen für die Seefahrt gefährlich werden. Das ist näher betrachtet im Artikel 👉 Kreuzsee
Fußnoten
- [1] 1792: Der französische Originaltext war: "CLAPOTIS. f. m. Rippling. Légère agitation de la mer, qui ride un peu sa surface, qui ne communique pas le moindre mouvement d’oscillation aux plus petits bâtimens, mais qui ne permet pas de juger à quelques pouces près de leur tirant d’eau exact, lorsqu’on consulte les échelles de pieds qui sont graduées sur l’étrave & l’étambot. — Si cet effet sur la surface de la mer est produit par un vent faible, un pareil effet a aussi quelquefois pour cause le choc ou la rencontre de deux marées opposées, c’est-à-dire, de deux marées qui viennent de deux mers dans un canal par lequel est établie leur communication. On l’observe dans la manche, aux lieux où le flux de la mer du nord se trouve en opposition au flux qui entraîne les eaux de l’océan dans ce même canal." In: Nicolas Charles Romme: Dictionnaire de la marine françoise avec figures. Herausgegeben von P. L. Chauvet, 1792. Dort auf Seite 380.
- [2] 1835: “T. de Marine. Agitation légère des vagues, qui se croisent et s’entrechoquent dans tous les sens.” — Académie française, Dictionnaire de l’Académie française, 6e éd. (1835), s.v. “clapotage ou clapotis.” Online: https://www.dictionnaire-academie.fr/article/A6C1632
- [3] 1877: "C’est même de cette manière, par la superposition d’ondes directes arrivant du large et d’ondes sensiblement égales qui reviennent en arrière après s’être réfléchies contre une berge verticale ou très-inclinée, que le phénomène du clapotage se produit si fréquemment près des côtes abruptes. Il en est, sous ce rapport, des ondes liquides comme des ondes sonores, qui ne donnent guère naissance à des ventres et à des nœuds fixes que par leur réflexion aux limites des systèmes élastiques homogènes où elles se propagent." In: Joseph Boussinesq: Essai sur la théorie des eaux courantes (Paris: Imprimerie Nationale, 1877), 335.
- [4] 1882: Der Eintrag "Clapotis" verweist auf "Clapotage", dort heißt es: "s. m. Mouvement vif et rapide des vagues, et surtout bruit qui résulte de ce mouvement." Und zu clapoter: "CLAPOTER (all. klappen ), v. n. En parlant de la mer ou d'un lac, se couvrir d’ondes courtes et pressées qui font du bruit." In: Dictionnaire de la langue française Littré, Emile Paris, 1882. Dort auf Seite 190. Online: file:///home/wh54/Downloads/C.pdf
- [5] 1907: “Clapotis” is described as the standing-wave pattern produced by reflection; Cecil H. Peabody discusses the phenomenon in Naval Architecture (1907).
- [6] 2008: “Clapotis. Auch stehende Welle genannt: Sie entsteht durch die Überlagerung zweier Wellengruppen. Diese laufen mit gleicher Wellengeschwindigkeit gegeneinander und deren Wellen weisen identische Höhen und Längen auf.” — Valentin Heller et al.: Rutscherzeugte Impulswellen in Stauseen. Grundlagen und Berechnung. Mitteilung 2026 der Versuchsanstalt für Wasserbau Hydrologie und Glaziologie der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich. 2008. ISSN 0374-0056. Online: https://www.drvalentinheller.com/Dr%20Valentin%20Heller_files/Heller_et_al_(2008)_Manual_German.pdf
- [7] Clapotis als perfekt stehende Welle: "Im Unterschied zu der potentiellen Energie einer perfekt stehenden Welle (Clapotis) an einer vertikalen Wand, bei der den Schwingungsknoten der Wert Null und den Schwingungsbäuchen jeweils der maximale Energiebetrag zugeordnet ist, treten also bei der partiell reflektierten Welle an einer geneigten Ebene markante Abweichungen von den genannten Extremwerten der periodischen Funktion auf." In: Fritz Büsching: Komplexe Reflexionskoeffizienten für Wasserwellen zur Klassifizierung von Brandungseffekten an Küstenschutzbauwerken. In: Die Küste, 78 (2011), 235-258.
- [8] Als Seiche (aus dem Französischen), auf Deutsch auch Schaukelwellen, bezeichnet man "freie Schwingungen ganz oder teilweise abgeschlossener Wassermassen". Sie sind typisch für "Seen" und "Meeresbuchten". Physikalisch sind es "stehende Wellen infolge von Luftdruckschwankungen und windbedingtem Wasserstau". In: Brockhaus in Achtzehn Bänden. F. A. Brockhaus. Leipzig, Mannheim. 2002. ISBN für alle Achtzehn Bände gemeinsam: 3-7653-9320-7. Band 12, dort die Seite 442.
- [9] Manilyuk, Y.V., Cherkesov, L.V. Simulation of seiche oscillations in the Sea of Azov, using the finite element technique. Phys. Oceanogr. 6, 325–329 (1995). https://doi.org/10.1007/BF02197480