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Physik im Alltag und Naturphänomene, Strukturbildung, Selbstorganisation & Chaos

Mustergültige Interferenzen

Manchmal zeigt sich die Natur von ihrer experimentellen Seite. Ein in eine Vogeltränke geratenes, zappelndes Insekt macht diese zu einer Wellenwanne*, wie man sie vielleicht noch vom Physikunterricht her kennt. Das Insekt schlägt vergeblich mit den Flügeln, um sich aus dieser bedrohlichen Situation zu befreien. Obwohl ihm sicher nicht dazu zumute ist, erzeugt es dadurch ein ebenso ästhetisch ansprechendes wie physikalisch interessantes Wellenmuster.
Dieses Muster ist die Überlagerung der beiden Wellensysteme, die durch die phasengleich mit konstanter Frequenz wie die Tupfer einer Wellenwanne auf und ab bewegten Flügel hervorgerufen werden. An den Orten, an denen ein Wellenberg der einen auf ein Wellental des anderen Wellensystems trifft (die Phasendifferenz ist gleich der halben Wellenlänge), löschen sich die Wellen vollständig aus: Die Wasseroberfläche erscheint hier völlig unbewegt und glatt. Wo Wellenberg auf Wellenberg oder Wellental auf Wellental treffen, kommt es zu maximalen Verstärkungen.
Insgesamt entsteht auf diese Weise ein charakteristisches Interferenzmuster: Verbindet man gedanklich die Stellen der Maxima oder Minima, so ergeben sich im Idealfall Hyperbeläste, wie man durch Rechnung bestätigen kann.
Ebenso interessant wie das Zustandekommen dieser Wellenstrukturen ist die Tatsache, dass man sie überhaupt auf der Oberfläche des an sich transparenten Wassers zu sehen bekommt. Das wird auf zweierlei Weisen möglich.
Zum einen reflektieren die Wellen aufgrund ihrer gerundeten Form Licht aus verschiedenen Richtungen ins Auge des Betrachters. Da die unterschiedliche Richtung mit unterschiedlichen Helligkeiten des Lichts verbunden ist, wird auf diese Weise die Struktur der Wellen gewissermaßen herausmodelliert. Das ist auf dem unteren Foto der Fall und auf dem oberen Foto im linken Bereich.
Zum anderen werden im oberen Foto rechts die Wellen durch das schräg von links oben einfallende Sonnenlicht auf dem Boden des Gefäßes abgebildet. Denn die Wellen wirken wie kreisförmig angeordnete Zerstreuungs- und Sammellinsen mit der Folge, dass es zu einer Fokussierung und Defokussierung des Lichts kommt. Dadurch wird auf dem Boden ein strukturgleiches System von Brennlinien entworfen.
Als Dank für die unfreiwillige Vorführung des Experiments befreite ich das Insekt anschließend aus der missligen Lage.


* Eine flache mit Wasser gefüllte Wanne, auf der durch regelmäßiges Eintauchen eines Tupfers, Wellen ausgelöst und untersucht werden können.

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Diskussionen

4 Gedanken zu “Mustergültige Interferenzen

  1. Unlängst zeigte ich eine Wespe, die nach dem unfreiwilligen Bad eine senkrechte Plastikwand aufsuchte, um möglicht schnell das Wasser zu verlieren.

    https://kopfundgestalt.com/2020/04/23/blattwespen-konnen-physik/

    Verfasst von kopfundgestalt | 7. Juni 2020, 00:45
    • Wenn die Tierchen es erst einmal soweit geschafft haben, dass sie dem Wasser entkommen sind, sind sie meist gerettet. Die Verdunstung tut ihren Anteil an der Trocknung und Wiedererlangung der Mobilität. Die Oberflächenspannung mit der das Wasser an vielen Insektenkörpern haftet ist für die kleinen Tiere ähnlich gefährlich wie die Schwerkraft für einen Menschen im Hochgebirge.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 7. Juni 2020, 08:35
  2. Interessant und Danke für den Bericht.
    Das Tierchen im Wasser scheint mir eine Biene zu sein. Ich lege immer Steine in Wasserschalen für Vögel, Insekten und Co, die aus dem Wasser herausragen. Ansonsten finde ich es kontraproduktiv, wenn man Tieren mit der Wasserschale etwas Gutes tun will und dann unsere Bienen und andere Insekten darin ertrinken.
    Viele Grüsse 🙂

    Verfasst von essen589.com | 8. Juni 2020, 14:45
    • Vielen Dank für den Hinweis. Die Vogeltränke war ohnehin nur ein Relikt aus Zeiten als wir noch keinen Teich hatten. Inzwischen holen sich die Bienen und andere Insekten das Wasser aus dem Teich. Auch da fallen gibt es Unfälle. Aber dann paddeln die Tierchen so lange, bis sie das Ufer oder oder eine Seerose erreicht haben. Ebenfalls viele Grüße!

      Verfasst von Joachim Schlichting | 8. Juni 2020, 17:02

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