In der Physik und Technik ist eine Kräuselungszisterne eine seichte Glaszisterne von Wasser, das in Schulen und Universitäten verwendet ist, um die grundlegenden Eigenschaften von Wellen zu demonstrieren. Es ist eine Spezialform einer Welle-Zisterne. Die Kräuselungszisterne wird gewöhnlich von oben illuminiert, so dass das Licht durch das Wasser scheint. Einige kleine Kräuselungszisternen passen auf die Spitze eines Overheadprojektors, d. h. sie werden von unten illuminiert. Die Kräuselungen auf dem Wasser tauchen als Schatten auf dem Schirm unter der Zisterne auf. Alle grundlegenden Eigenschaften von Wellen, einschließlich Nachdenkens, Brechung, Einmischung und Beugung, können demonstriert werden.

Kräuselungen können durch ein Stück von Holz erzeugt werden, das über der Zisterne auf Gummibändern aufgehoben wird, so dass es gerade die Oberfläche berührt. Geschraubt zu Holz ist ein Motor, der vom der Achse beigefügten Zentrum-Gewicht hat. Weil die Achse das Motorwackeln rotieren lässt, das Holz schüttelnd und Kräuselungen erzeugend.

Das Demonstrieren von Welle-Eigenschaften

Mehrere Welle-Eigenschaften können mit einer Kräuselungszisterne demonstriert werden. Diese schließen Flugzeug-Wellen, Nachdenken, Brechung, Einmischung und Beugung ein.

Kreisförmige Wellen

Wenn der rippler mit einem Punkt kugelförmiger Ball beigefügt und gesenkt wird, so dass es gerade die Oberfläche des Wassers berührt, werden kreisförmige Wellen gesehen erzeugt werden.

Flugzeug-Wellen

Wenn der rippler gesenkt wird, so dass er gerade die Oberfläche des Wassers berührt, werden Flugzeug-Wellen gesehen erzeugt werden. (In der Illustration ist das braune Rechteck der rippler).

Nachdenken

Das Demonstrieren des Nachdenkens und die Fokussierung Spiegel

Durch das Stellen einer Metallbar in die Zisterne und das Klopfen der Holzbar kann ein Puls von drei von vier Kräuselungen zur Metallbar gesandt werden. Die Kräuselungen denken von der Bar nach. Wenn die Bar in einem Winkel zum wavefront gelegt wird, wie man sehen kann, folgen die widerspiegelten Wellen dem Gesetz des Nachdenkens. Der Einfallswinkel und Winkel des Nachdenkens werden dasselbe sein.

Wenn ein konkaves parabolisches Hindernis verwendet wird, wird ein Flugzeug-Welle-Puls auf einem Punkt nach dem Nachdenken zusammenlaufen. Dieser Punkt ist der Brennpunkt des Spiegels. Kreisförmige Wellen können durch das Fallen eines einzelnen Falls von Wasser in die Kräuselungszisterne erzeugt werden. Wenn das am Brennpunkt der "Spiegel"-Flugzeug-Wellen getan wird, wird zurück widerspiegelt.

Brechung

Wenn eine Platte des Glases in die Zisterne gelegt wird, wird die Tiefe von Wasser in der Zisterne über das Glas seichter sein als anderswohin. Die Geschwindigkeit einer Welle in Wasser hängt von der Tiefe ab, so verlangsamen sich die Kräuselungen, weil sie das Glas übertragen. Das veranlasst die Wellenlänge abzunehmen. Wenn der Verbindungspunkt zwischen dem tiefen und seichten Wasser in einem Winkel zum wavefront ist, werden die Wellen brechen. Im Diagramm oben, wie man sehen kann, biegen sich die Wellen zum normalen. Das normale wird als eine punktierte Linie gezeigt. Die verflixte Linie ist die Richtung, dass die Wellen reisen würden, wenn sie das winklige Stück des Glases nicht entsprochen hatten.

In der Praxis ist die Vertretung der Brechung mit einer Kräuselungszisterne ziemlich heikel, um zu tun.

• Die Platte von Glasbedürfnissen, mit dem Wasser darüber so seicht ziemlich dick zu sein, wie möglich. Das maximiert den Tiefe-Unterschied und verursacht so einen größeren Geschwindigkeitsunterschied und deshalb größeren Winkel.
• Wenn das Wasser zu seicht ist, klebrige Schinderei-Effekten die Kräuselungen veranlassen, sehr schnell zu verschwinden.
• Das Glas sollte glatte Ränder haben, um Nachdenken am Rand zu minimieren.

Beugung

Wenn ein kleines Hindernis in den Pfad der Kräuselungen gelegt wird, und eine langsame Frequenz verwendet wird, gibt es kein Schattengebiet, weil die Kräuselungen darum, wie gezeigt, unten links brechen. Eine schnellere Frequenz kann auf einen Schatten, wie gezeigt, unten rechts hinauslaufen. Wenn ein großes Hindernis in die Zisterne gelegt wird, wird ein Schattengebiet wahrscheinlich beobachtet.

Wenn ein Hindernis mit einer kleinen Lücke in die Zisterne gelegt wird, erscheinen die Kräuselungen in einem fast halbkreisförmigen Muster. Wenn die Lücke jedoch groß ist, wird die Beugung viel mehr beschränkt. Klein, in diesem Zusammenhang, Mittel, dass die Größe des Hindernisses mit der Wellenlänge der Kräuselungen vergleichbar ist.

Siehe auch: Der Grundsatz von Huygen

Beugung von einem Bratrost

Ein Phänomen, das zur Röntgenstrahl-Beugung von Röntgenstrahlen von einem Atomkristallgitter identisch ist, kann auch gesehen werden, so die Grundsätze der Kristallographie demonstrierend. Wenn man einen Bratrost von Hindernissen ins Wasser mit dem Abstand zwischen den Hindernissen grob entsprechend der Wellenlänge der Wasserwellen senkt, wird man Beugung vom Bratrost sehen. In bestimmten Winkeln zwischen dem Bratrost und den entgegenkommenden Wellen werden die Wellen scheinen, vom Bratrost nachzudenken; in anderen Winkeln werden die Wellen durchgehen. Ähnlich, wenn die Frequenz (Wellenlänge) der Wellen verändert wird, werden die Wellen auch abwechselnd durchgehen oder, abhängig von der genauen Beziehung zwischen dem Abstand, der Orientierung und der Wellenlänge widerspiegelt werden.

Einmischung

Einmischung kann durch den Gebrauch von zwei Tauchern erzeugt werden, die der Hauptkräuselungsbar beigefügt werden. In den Diagrammen unter links den leichten Gebieten vertreten Kämme von Wellen, die schwarzen Gebiete vertreten Tröge. Bemerken Sie die Grauzonen: Sie sind Gebiete der zerstörenden Einmischung, wo die Wellen von den zwei Quellen einander annullieren. Nach rechts ist eine Fotographie der in einer kreisförmigen Kräuselungszisterne erzeugten Zwei-Punkte-Einmischung.

Siehe auch

• Welle-Zisterne
• Kapillare Welle
• Seichte Wassergleichungen

Links

• Virtuelle Kräuselungszisterne (Java applet)