Versuch zur Ermittlung der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Wasserwelle

Versuch zur Ermittlung der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Wasserwelle

Versuchsaufbau

In einer mit Wasser gefüllten Wellenwanne erzeugt ein Erreger, der an einer Stromquelle angeschlossen ist, Wellen. Eine Lichtquelle belichtet die Wasseroberfläche und projiziert ein Bild auf den Wannenrand.

Versuchsdurchführung

Nachdem wir in die Wellenwanne Wasser gefüllt hatten, schlossen wir den Erreger an eine Stromquelle. Die erzeugten Wellen wurden von einer Lichtquelle bestrahlt, wodurch sich auf dem Rand der Wellenwanne das Bild der Wellen beobachten ließ. Das erste Problem, das uns auffiel, war folgendes: Der Teil des Erregers, der die Wasseroberfläche berührt und somit Wellen erzeugt, hatte eine rechteckige Form. Die Wellen wurden also nicht punktuell erzeugt, wodurch eine kreisförmige Welle zu Stande gekommen wäre, sondern eben flächig.

Ich weiß zwar nicht genau, was daran unbedingt ein Problem darstellt, da die Wellenlänge ja dennoch messbar ist. Das einzige Problem das ich sehe, wäre das bei dieser Art der Erregung die Wellen zunächst eine rechteckige Form haben und dadurch zu Beginn bei der Messung der Wellenlänge ein Fehler auftreten könnte, da man schräg durch die Welle mist.

Dieses Problem der Wellenerzeugung löste Sebastian zu Hause. Er baute nämlich eine Lego-Eigenkonstruktion, bei der der Erreger die Wellen an nur einem Punkt erzeugt. Nun entstanden gleichmäßige kreisförmige Wellen. Daraufhin konnten wir uns die Frage stellen, wie wir den Weg, den die Welle in einer bestimmten Zeit zurücklegt, messen könnten. Da das bei diesen geringen Abständen und den dabei verhältnismäßig großen Geschwindigkeiten fast unmöglich ist, mussten wir nach einer Möglichkeit suchen, die Welle zum "Stehen" zu bekommen. Die Lösung war, dass man einstellen konnte, dass die Lampe, die die Wanne beleuchtet, das von der Glühbirne ausgehende Licht in einer bestimmen Frequenz durchlässt. Stimmt diese Frequenz des Lichtes mit der Frequenz der Welle überein, scheint es dem Betrachter so, als würde das Bild der Welle stehen, sodass man leicht Messungen durchführen kann.

So konnten wir mit dem Messen beginnen und maßen zunächst die Wellenlänge l = 1cm. Dabei fiel uns aber auf, dass wir missachtet hatten, dass wir das Bild der Wellen gemessen hatten. So mussten wir also direkt auf der Wasseroberfläche messen, um einen Streckfaktor von 1/0,7 zu erhalten. l beträgt also 1/ 1/0,7 = 0,7. Im Anschluss schauten wir noch, wie viele Wellen pro Sekunde angestoßen werden und erhielten eine Frequenz von 3,2/sek. Aus dem lässt sich nun folgendes errechnen:

Ergebnis

l = 0,7 cm      f = 3,2 /sek

c = 0,7 cm * 3,2 /sek

c = 2,24 cm/sek

Die Welle breitet sich mit einer Geschwindigkeit von 2,24 cm/sek aus.