Nach der großen Welle der Bobby-Bande will Mya es ruhiger angehen lassen: Sie füllt eine flache Wellenwanne mit Wasser, 60 cm × 34 cm, gerade mal fünf Millimeter tief. Bobby darf an Brummis Arm die Nase ins Wasser tunken und kleine Kreiswellen machen. „Endlich mal Wellness“, seufzt Bobby. Paul bringt seine Sammlung Quietscheenten mit, 40 Stück, und stellt sie in einer Reihe ins Wasser. „Eine Entenparade!“ Theo schaut zu und wird plötzlich ganz aufgeregt: „Genau so hat sich Christiaan Huygens das vorgestellt! Jede Ente, die von der Welle erfasst wird, wackelt und macht selbst eine kleine Kreiswelle. Und alle zusammen ergeben wieder die große Welle.“ Kater Erwin hält von Wasser grundsätzlich nichts. Er sitzt auf dem Rand der Wanne, möglichst weit weg, und passt auf sein graues HT-Rohr auf. Paul hat nämlich angekündigt, dass er es heute als Wellenmacher braucht.
Physik Klasse 12 (Leistungskurs), Thema mechanische Wellen: Wellenfronten und Wellennormalen, Huygens'sches Prinzip (Elementarwellen und Einhüllende), Überlagerung von Elementarwellen, Ausblick auf Beugung. Die Sprüche sind albern, die Physik nicht: Station 2 konstruiert die Einhüllende exakt als Menge aller Punkte im Abstand c · Δt von der alten Front, Station 3 überlagert echte Kreiswellen aller Enten. Vorher: Bobby macht die Welle (mechanische Wellen). Danach: Reflexion, Brechung, Beugung und Interferenz (Herleitungen mit Huygens) und stehende Wellen.
In der Wellenwanne sieht man die Wellen von oben. Alle Punkte, die gerade im selben Schwingungszustand sind, zum Beispiel alle Wellenberge, bilden eine Linie: eine Wellenfront. Benachbarte Wellenfronten haben den Abstand λ. Senkrecht zu den Wellenfronten zeigen die Wellennormalen (Wellenstrahlen) die Ausbreitungsrichtung. Tippe in die Wanne, um dort zu stören.
Aufträge: ① Lass Bobby tunken. Welche Form haben die Wellenfronten? Wie verlaufen die Wellennormalen? ② Nimm das Rohr. Wie sehen Fronten und Normalen jetzt aus? ③ Miss mit dem Lineal am Rand die Wellenlänge. Verändere f. Wie ändert sich λ? ④ Wie oft wird Erwin bei Bobby nass, wie oft beim schrägen Rohr? Warum?
Theo erklärt das Prinzip, das Christiaan Huygens 1678 aufgestellt hat:
Paul setzt auf eine Wellenfront lauter Enten. Jede Ente wird zum Erreger einer Elementarwelle. Wähle eine Front oder zeichne selbst eine mit Maus oder Finger.
Aufträge: ① Gerade Front: Zeige, dass die Einhüllende wieder eine Gerade ist. Wie weit ist sie verschoben? ② Kreisbogen: Welchen Mittelpunkt hat die neue Front? ③ Nach innen gewölbt: Lass die Front mehrmals weiterlaufen. Was passiert? ④ Kurzes Stück: Was passiert an den Enden? (Das ist schon die Beugung.) ⑤ Warum braucht man für eine schöne Einhüllende viele Enten?
Paul ist skeptisch: „Die Kreise hat Theo doch nur hingemalt.“ Also bauen sie es echt: Alle Enten werden von Brummi im Gleichtakt auf und ab bewegt. Jede macht eine echte Kreiswelle, die mit wachsendem Abstand schwächer wird. Die Simulation addiert die Auslenkungen aller Kreiswellen an jedem Punkt der Wanne. Hell sind Berge, dunkel Täler.
Aufträge: ① Entenreihe mit nur 2 bis 3 Enten, dann mit 30. Ab wann entsteht eine gerade Front? ② Stelle den Abstand auf 2 λ oder 3 λ. Was geht schief? (Tipp: Das ist schon Interferenz.) ③ Halbkreis: Wohin läuft die Welle? Warum hat Erwin schlechte Laune? ④ Hafenmauer: Mache die Lücke schmal (b ≈ λ) und breit (b = 6 λ). Wann wird Erwins Boot hinter der Mauer geschaukelt?
Nach der Parade dümpeln die Enten in der Wanne und schnattern. Quietscheenten flunkern bekanntlich gern.