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Wellendämpfung

Physik

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Definition｜ Video｜ Zur Energiegewinnung｜ Labormethoden für Wellenkanäle｜ Fußnoten


Definition


Als Dämpfung von Wellen versteht man die Abnahme ihrer Höhe oder Amplitude im Laufe der Zeit, und damit auch entlang ihres Weges der Fortpflanzung. [1] Wenn sich eine Welle über immer größere Bereiche des Raumes ausbreitet, dann muss sich die maximal gleiche Energie über immer mehr Raum verteilen. Das ist ein Grund für die Dämpfung. [2] Ein weiterer Grund ist der Kontakt der Welle mit Materie [3], die durch verschiedene Prozesse (Reflexion, Dissipation [4]) der Wellen Energie entzieht. Es gibt Versuche, Wellen gezielt mit schwimmenden Wellen-Gabionen zu dämpfen. [5] Die Dämpfung von Wellen wird unter anderem in Wellenkanälen mit simulierten Stränden untersucht. [6] [7] [8]

Video


Viele Meter lange und einige Zentimeter tiefe Regenpfützen sind ein oft idealer Ort um die Physik von Wellen in Ruhe studieren zu können. An einer solchen Pfütze bildete ein beständiger und starker Westwind über eine längere Anlaufstrecke hinweg ein stabiles Wellenmuster. Dieses erreichte dann ein Feld von dichtem Algenbewuchs.



Wellen in einer 35-Meter-Pfütze auf einer Nordseeinsel geben einen großen Teil ihrer Energie an ein "unterseeisches" Riff aus Algen ab. Dabei verlieren die Wellen auch deutlich an Höhe. Der Verlust an Höhe ist der Kerneffekt der Dämpfung von Wellen.

Man erkennt in dem Video deutlich, wie die auf das Algenriff auflaufenden hohen Wellen sofort flacher und weniger gut sichtbar werden. Im Windschatten des Algenriffs, auf seiner windabgewandten Leeseite also, war die "See" deutlich ruhiger. Die Wellen hatten einen guten Teil ihrer Energie an das kleine Riff aus Pfützenalgen abgegeben.

Zur Energiegewinnung


Die Energie, welche die Wellen der Meere an den Küsten entladen, wird für Europa auf bis 50 bis 70 kW pro Quadratmeter als Leistung geschätzt. [10] Je mehr man diese Energien der Wellen in andere Formen - etwa elektrische Energie - umwandelt, desto mehr verliert die Wasserwelle an Energie. Das aber ist gleichbedeutend mit einer Dämpfung.

Labormethoden für Wellenkanäle


RANDNOTIZ !Schwimmender Bewuchs" In Versuchen in Wellenkanälen wurden sogenannte Schilf-Gabionen untersucht. Schwimmende Körper aus Pflanzen dämpfen dabei die Wellen. [5]

Absorbierende Wellenmaschinen
Wellenmaschinen, etwa mit senkrechten Klappwänden (flap wave generators) wurden mit Kraftmessern versehen, die den Wasserdruck messen konnten. Über eine Software konnte dann die Bewegung der Klappwände so eingestellt werden, dass die Energie einlaufender Wellen möglichst weit absorbiert wird. [8] Alternativ wurden auch Sensoren kontruiert, die die höhe ankommender Wellen maßen und dann Signale an den Wellenerzeuger (Absorber) weiter gaben.

Künstliche Strände
Künstliche Strände in Wellenkanälen dienen dazu, möglichst viel Wellenenergie zu absorbieren. Letzten Endes sollen Reflexionen unterbunden werden. Eine Methode ist die Verwendung von gelochten Folien aus Kunststoff (plastic mesh) in mehreren Lagen und mit verschiedenen Lochweiten. [9] Die Strände sollten mindestens so lang wie eine halbe Wellenlänge sein [7] und ein Gefälle von weniger als 1:10 haben. [11]

Fußnoten


  • [1] 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. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/daempfung/2722
  • [2] Die ursprünglich räumlich eng konzentrierte Energie einer Welle verteilt sich bei Wellen, die sich im Raum ausbreiten, auf immer größere Raumbereiche. Damit muss zwangsläufig die gleiche Menge an Energie auf immer mehr Raum verteilt werden, was ein Grund für die Dämpfung von Wellen ist: "Die Energie einer Welle nimmt mit ihrer Ausbreitung ab – sie wird gedämpft. Dies geschieht einerseits, weil sich die Wellenfront immer weiter ausbreitet, sodass sich die Energie auf ihr immer mehr verteilt. Darum ist es umso dunkler, je weiter wir von einer Lichtquelle entfernt sind." In: Wellenphysik. Online-Seite der ETZ Zürich. Abgerufen am 9. August 2025. Online: https://waves.ethz.ch/wellenphysik
  • [3] Ein weiterer Grund für die Dämpfung einer Welle ist der Verlust ihrer Energie durch Kontakt mit Materie: "Andererseits verlieren Wellen beim Kontakt mit Materie Energie – sie wird «verschluckt » bzw. absorbiert: Sonnenlicht wird in Wasser zunehmend gedämpft, wodurch es im tiefen Ozean stockfinster ist. Die Absorption geschieht umso rascher, je schneller eine Welle schwingt. Darum reichen höhere Töne weniger weit und aus der Ferne hören wir von einem Musikfestival nur die tiefen Bässe." In: Wellenphysik. Online-Seite der ETZ Zürich. Abgerufen am 9. August 2025. Online: https://waves.ethz.ch/wellenphysik
  • [6] Anbieter professioneller Wellenkanäle: "Our wavemakers use this technology and absorb 97% of the energy of the wave over the significant frequencies". Und: "Force based absorption ensures that the wave environment stays stable, preventing cross wave build-up and other parasitic effects." In: Edingburgh Designs. Abgerufen am 20. Oktober 2026. Online: http://www.edesign.co.uk/waves/tankbasin-design/
  • [7] Im Wellendämpfung in einem Wellenkanal mit einem simulierten Strand zu studieren, sollte der Strand eine Mindestlänge haben: "the wave absorbing beach […] has to be at least half the length of the design wavelength to achieve 90% absorption." Edingburgh Designs. Abgerufen am 20. Oktober 2026. Online: http://www.edesign.co.uk/waves/tankbasin-design/
  • [8] Wellenmaschinen absorbieren Wellen: Salter S.H., (1981). Absorbing wave-makers and wide tanks, Proceedings. Directional Wave Spectra Applications, Berkeley, Am.Soc.Civ.Eng, p185-202.
  • [9] Plastikmaschen aborbieren Wellen: "Multiple layers of plastic mesh dissipate the waves as they flow past and create eddies on the millions of sharp edges" In: Ouslett & I Datta A survey of wave absorbers, Journal of Hydraulic Research vol 24 p265 -279 [1986].

Siehe auch


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