Wellenbrechen
Physik
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Basiswissen｜
Brecher am Strand｜
Die Brechung von Wellen als Richtungsänderung｜
Vergleich zur Wellendämpfung｜
Fußnoten
Basiswissen
Als Wellenbrechen [1] bezeichnet man das Aufbäumen und letztendliche Zusammenstürzen einer Welle, insbesondere dann, wenn sie von tiefem Wasser auf einen flachen Strand hin zu läuft. Sich brechende Wellen bezeichnet man dann auch als Brecher. Dieses Brechen von Wellen im Sinne eines Einstürzens darf nicht verwechselt werden mit der Brechung von Wellen im Sinne einer Richtungsänderung. Beides ist hier kurz vorgestellt.
Brecher am Strand
Ein sehr bequemer Ort zur Beobachtung von Brechern ist der Uferbereich an einer Flachküste. Wenn dort von der offenen See her Wellen hin zum Ufer laufen, werden sie sich früher oder später immer brechen. Während die Wellen auf der See oft rundlich und wenig steil erscheinen, verändern sie ihre Form und Geschwindigkeit deutlich, wenn langsam das Wasser weniger flach wird.
Das Video zeigt, wie man die Wellenlänge bei Strandwellen abschätzen kann. Wo das Wasser flacher wird, werden die Wellen langsamer und die Wellenlänge nimmt ab.
Als Wellenlänge bezeichnet man den kürzesten Abstand von zwei benachbarten, das heißt aufeinanderfolgenden, Wellenkämmen. Die Wellenkämme sind die jeweils höchsten Stellen einer Welle. Die Höhe einer Welle ist der senkrechte, das heißt vertikale Abstand, also der Höhenunterschied zwischen einer Wellensohle und einem Wellenkamm. Die Wellensohle ist der tiefste Punkt einer Welle.
Wenn eine Welle aus dem tieferen Wasser kommend langsam auf das Ufer einer Flachküste zuläuft, kann man mehrere Dinge beobachten, die mit der Welle passieren:
- 1) Die Geschwindigkeit der Welle verringert sich, sie wird langsamer.
- 2) Der Abstand zu der vorherigen oder der nachfolgenden Welle, das heißt die Wellenlänge wird kleiner.
- 3) Die Welle wird zunehmend höher und steiler.
- 4) Auf hoher See beginnt das Wellenbrechen, wenn die Höhe der Welle etwa ein Siebtel der Wellenlänge ist. [8]
- 4) In seichtem Wasser beginnt das Wellenbrechen, wenn die Tiefe dem 1,3fachen der Wellenhöhe entspricht. [9]
- 5) Der Wellenkamm bildet eine durchgehende weiße Schaumkrone aus.
- 6) Der Wellenkamm hat dann einen Winkel von etwa 120 Grad.
- 7) Der Wellenkamm überholt die Wellenbasis.
- 9) Oder der schäumende Wellenkamm gleitet von oben nach unten herab als Schwallbrecher. [7]
Der Grund für das Brechen von Wellen ist die abnehmende Wassertiefe: wenn das Wasser weniger als eine halbe Wellenlänge tief ist, dann "fühlt die Welle den Grund". Der untere Bereich der Welle, nahe am Grund, bewegt sich dann zunehmend langsamer voran. Gleichzeitig behält der obere Teil der Welle seine bisherige Geschwindigkeit eher bei. So schiebt sich der obere Teil in Bewegungsrichtung gegenüber dem unteren Teil nach vorne, was letztendlich zum Zusammensturz, dem Brechen der Welle führt.
Die Brechung von Wellen als Richtungsänderung
Wenn eine Welle die Richtung ihrer Fortpflanzung aufgrund von geringerer Wassertiefe oder infolge unterschiedlicher Beschaffenheiten des Wasser ändert, spricht man wie auch in der Optik bei Lichtwellen von einer Brechung. Diese Art von Brechung hat mit dem Wellenbrechen gemeinsam, dass auch dort die Wassertiefe eine wichtige Rolle spielt. Während sich aber beim Wellenbrechen die Form der Welle drastisch verändert, bleibt sie bei einer Brechung im Sinne einer Richtungsänderung mehr oder minder unverändert. Siehe mehr dazu im Artikel zur 👉 Brechung (Physik)
Vergleich zur Wellendämpfung
Als Wellendämpfung bezeichnet man jeden Vorgang der einer Welle Energie entzieht und gleichzeitig die Höhe der Welle verringert. Gemeinsam hat die Dämpfung mit dem Brechen, dass am Ende des Vorgangs die Welle eine niedrigere Höhe und auch weniger Energie hat als vorher. Aber während es beim Brechen einer Welle am Anfang immer zu einer Auftürmung und zu einer Vergrößerung der Steilheit der Welle kommt, ist das bei einer Wellendämpfung allgemein nicht zwingend nötig. Wellen können auch gedämpft werden, ohne dass sie kurzfristig höher oder steiler werden. Man kann sagen, dass das Wellenbrechen ein Sonderfall der Dämpfung ist. Ein Wellenbrechen ist im Endeffekt immer eine Dämpfung, aber nicht jede Dämpfung ist auch ein Wellenbrechen. Siehe mehr unter 👉 Wellendämpfung
Fußnoten
- [1] Der Begriff hat einen eigenen Eintrag auf Wikipedia (Stand 2025): https://de.wikipedia.org/wiki/Wellenbrechen
- [2] Der Begriff Wellenbrechen ist in der Umgangssprache unüblich aber im Rahmen einer physikalischen Betrachtung sinnvoll gewählt. Man muss nämlich unterscheiden zwischen a) dem in sich Zusammenstürzen von Wellen wenn sie vom tiefen ins flache Wasser kommen und b) einer Änderung der Richtung von Wellen dort wo Wasser seine Tiefe ändert, was man als Brechung von Wellen bezeichnet. Während das Wellenbrechen nur bei Wasserwellen betrachtet wird, bezieht sich die Brechung von Wellen ganz allgemein zum Beispiel auch auf elektromagnetische Wellen oder Schallwellen. Siehe dazu auch 👉 Brechung (Physik)
- [3] Wie sich brechende Wellen an steilen Küsten mit ihren eigenen Reflexionen überlagern ist ausführlich behandelt in: Fritz Büsching: Komplexe Reflexionskoeffizienten für Wasserwellen zur Klassifizierung von Brandungseffekten an Küstenschutzbauwerken. In: Die Küste, 78 (2011), 235-258.
- [4] Sich brechende Wellen bezeichnet man auch als Sturzsee: "Beim Anprall von Seegangswellen gegen feste Teile der Küste entsteht Brandung, beim Auslaufen in seichtere Küstenwasser bilden sich Sturzseen (brechende Wellen)." In: der Artikel "Seegang". Spektrum Lexikon der Geowissenschaften. Stand 4. März 2025. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/geowissenschaften/seegang/14669
- [5] Die Dämpfung wird allgemein definiert als eine "zeitliche oder räumliche Abnahme der Amplitude einer Schwingung oder Welle." Und: "Die Dämpfung wird durch die Umwandlung von Schwingungsenergie in andere Energieformen (meist Wärme) verursacht." Spektrum Lexikon der Physik. Abgerufen am 9. August 2025. Siehe auch 👉 Wellendämpfung
- [6] Ein "Sturzbrecher" ist ein "Brecher", bei dem die "Welle vornüberrollt und der obere Teil schneller vorwärts schießt als die übrige Welle, sodass sie schließlich einen Tunnel im Wasser bildet." In: James Trefil: Physik in Strandkorb. Von Wasser, Wind und Wellen. rororo Science Sachbuch. Deutsch von Helmut Mennicken. Rohwolt Taschenbuch Verlag. 4. Auflage, 2005. ISBN: 3-499-19683-2. Dort auf Seite 134.
- [7] "Schwallbrecher" sind Brecher, bei denen "der Schaum den vorderen Hang der Welle hinabgleitet." In: James Trefil: Physik in Strandkorb. Von Wasser, Wind und Wellen. rororo Science Sachbuch. Deutsch von Helmut Mennicken. Rohwolt Taschenbuch Verlag. 4. Auflage, 2005. ISBN: 3-499-19683-2. Dort auf Seite 134.
- [8] "In der Tiefsee entsteht diese kritische Situation [Wellengipfel bildet 120° Winkel], wenn die Wellenlänge siebenmal so groß ist wie die Höhe der Welle." James Trefil: Physik in Strandkorb. Von Wasser, Wind und Wellen. rororo Science Sachbuch. Deutsch von Helmut Mennicken. Rohwolt Taschenbuch Verlag. 4. Auflage, 2005. ISBN: 3-499-19683-2. Dort auf Seite 137.
- [9] "In seichtem Wasser entsteht sie [die kritische Situation mit den 120°], wenn die Tiefe dem 1,3fachen der Wellenhöhe entspricht." In: James Trefil: Physik in Strandkorb. Von Wasser, Wind und Wellen. rororo Science Sachbuch. Deutsch von Helmut Mennicken. Rohwolt Taschenbuch Verlag. 4. Auflage, 2005. ISBN: 3-499-19683-2. Dort auf Seite 137.