Clapotis
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Bei Wasserwellen wird unter Clapotis (franz.) eine (perfekt) stehende Welle verstanden, die durch Reflexion einer fortschreitenden Welle (Wellenlänge L, Wellenhöhe H) an einer vertikalen Wand (Mole, Ufermauer) entsteht.
Hierbei wird von einem auf die Wand auftreffenden Wellenzug mit der Höhe H (vertikaler Abstand zwischen Wellental und Wellenberg) ein spiegelbildlicher Wellenzug zurückgeworfen. Die Überlagerung von ankommender und reflektierter Welle ergibt die Clapotis mit einer Wellenhöhe 2H und der Wellenlänge L. Wird der Abstand von der Wand mit der Koordinate x bezeichnet, liegen Schwingungsbäuche mit der Höhe 2H an den Stellen x=0(Wand), x=L/2, x=2L/2 etc. Dazwischen befinden sich Schwingungsknoten bei x=L/4, x=3L/4, x=5L/4 etc., wo keine Wasserspiegelauslenkung stattfindet. Die Schwingbewegungen der Wasserteilchen im Wellenfeld unter der Wellenoberfläche sind kurvolinear, an den Wellenbäuchen mit einer vertikalen und an den Schwingungsknoten mit einer horizontalen Tangente.
Die perfekte Reflexion stellt einen Idealfall dar. In der Natur sind in Bauwerksnähe die Randbedingungen für stabile Wellen allenfalls annähernd gegeben, denn an den Reflexionsflächen treten Verluste auf. Als Folge kommt es zur Ausbildung einer (gebrochenen) aufgerissenen Clapotis, einer (unvollkommenen) partiellen Clapotis oder einer Kombination von beiden. Bei überkritischer Wellensteilheit S = H/L kommt es im Sinne einer Resonanzkatastrophe zur aufgerissenen Clapotis, bei der das Wasser an den Schwingungsbäuchen vertikal nach oben schießt. An einer vertikalen Wand wird das Auftreten einer aufgerissenen Clapotis oft von Druckschlageffekten begleitet.
[Bearbeiten] Partielle Clapotis an einer Uferböschung
Bei Vorliegen einer partiellen Clapotis findet am Bauwerk (Böschung) insbesondere durch den Vorgang des Wellenbrechens und durch die an der Bauwerksoberfläche auftretende reibungsbehaftete Waschbewegung (partielle) Wellenabsorption statt. Die Höhe der reflektierten Welle Hr ist kleiner als diejenige der ankommenden Welle Hi . Dieser Sachverhalt wird durch den Reflexionskoeffizienten Cr = Hr / Hi < 1 ausgedrückt. Werden monochromatische Wellen (mit Hi und Hr) vorausgesetzt, kann im Gegensatz zur perfekten Clapotis die Wasserteilchenbewegung im Wellenfeld der partiellen Clapotis durch elliptische Bahnen genähert werden. Solche sind in den Wellenbäuchen durch eine größere vertikale Hauptachse und in den Wellenknoten durch eine größere horizontaler Hauptachse gekennzeichnet. Die Überlagerung der anlaufenden mit der reflektierten Welle ergibt eine gleichfrequente partiell fortschreitende Welle, deren Höhe zwischen einem Maximalwert Hmax = Hi + Hr und einem Minimalwert Hmin = Hi − Hr schwankt. Hmax und Hmin ergeben sich jeweils im Abstand von L/4. Für den Fall, dass die Einhüllenden der Wellenberge und der Wellentäler bekannt sind, kann der Reflexionskoeffizient aus diesen Extremwerten bestimmt werden:
Siehe auch: Reflexion (Wasserwellen) Brandungsresonanz, Wellenresonanz, Druckschlag, Kreuzsee, Beckenschwingung