Warum, wenn Sie einen quadratischen Ziegelstein ins Wasser werfen, sind die Wellen rund?

Hier geht es um Fragen, die noch unreife, aber schon sehr neugierige Gemüter verstören. Kinder verwirren uns oft mit ihrer Spontaneität. Wir alle hatten in der Kindheit ähnliche Probleme. Ja, und als Erwachsene begegnen wir oft gewöhnlichen, aber interessanten Phänomenen, die wir nicht erklären können. Jemand wusste es nicht oder war nicht interessiert, jemand hat es schon vergessen.

Hinter der etwas lächerlichen Formulierung steckt eine ernsthafte physikalische Theorie. Der Mechanismus der Wellenausbreitung selbst wurde vor fast 200 Jahren in einem der Hauptpostulate der Wellentheorie – dem Huygens-Fresnel-Prinzip – beschrieben.

Der Ziegel ist natürlich nicht quadratisch und nicht rechteckig – er hat die Form eines Parallelepipeds, aber um die Frage zu beantworten, ist es wichtig, dass er nicht kugelförmig ist. Die Wellen des Backsteins wiederum werden auch nicht streng rund sein, sondern uns nur so erscheinen.

Wenn ein Ziegelstein so vorsichtig geworfen wird, dass er gleichzeitig mit der gesamten Fläche des Gesichts das Wasser berührt, haben die Wellen im ersten Moment eine rechteckige Form. Aber von den Ecken der Welle wird in einem Kreis divergieren. Die Winkel spielen dabei die Rolle von Punktstörungen. Im Wasser breitet sich der Druck gleichmäßig in alle Richtungen aus, daher haben die Wellen aus den Ecken die Form eines Kreises ohne Sektor (der Sektor ist von einem Objekt besetzt). Als Ergebnis bilden die Wellen eine Form, die einem Rechteck mit abgerundeten Ecken ähnelt. Mit zunehmender Entfernung werden Größe und Form des Objekts irrelevant, und die Wellen ähneln immer mehr konzentrischen Kreisen.

Dies kann leicht mit einem langen Brett überprüft werden. Im ersten Moment werden die Wellen von der größeren Kante, die ins Wasser des Bretts geworfen wird, genau gerade sein. In großer Entfernung von der Störstelle bleiben die Wellen von geraden Segmenten gerade, aber die Segmente sind im Verhältnis zum Radius bereits so klein, dass sie von uns als Teil von Kreisen wahrgenommen werden.