Ich will die Wellenhöhe durch einen Drucksensor am Seeboden messen (2m Wassertiefe). Die gemessene Druckänderung scheint aber nicht die Wellenhöhe wieder zugeben.
Frage: wie setzt sich der erhöhte Wasserdruck vom Wellenberg auf den Seeboden fort? Schwächt sich der Druck ab? und nach welcher Formel?
Frage: wie setzt sich der erhöhte Wasserdruck vom Wellenberg
auf den Seeboden fort? Schwächt sich der Druck ab? und nach
Frage: Wie setzt sich der erhöhte Wasserdruck vom Wellenberg und der erniedrigte Wasserdruck vom Wellental auf den Seeboden fort?
Hallo,
…will die Wellenhöhe durch einen Drucksensor am Seeboden
messen (2m Wassertiefe). Die gemessene Druckänderung scheint
aber nicht die Wellenhöhe wieder zugeben.
Frage: wie setzt sich der erhöhte Wasserdruck vom Wellenberg
auf den Seeboden fort? Schwächt sich der Druck ab? und nach
welcher Formel?
Die Leute zu grüßen und Ihnen mal nett im Voraus zu danken dafür, dass sie sich für dich den Kopf zerbrechen, wäre nicht zuviel verlangt…oder…?
Ich denke, du meinst, dass der von Sensor gemessene Druck mit dem hydrostatischen Druck einer mittels „Peilstab“ (oder sonst wie) gemessenen Wellenhöhe übereinstimmen soll oder jedenfalls zeitlich einhergeht. Ich setze mal voraus, dass der Sensor ausreichend klein ist und keine nennenswerte Verzögerung aufweist, wir uns also nicht über Messtechnik unterhalten brauchen. Dennoch ist die ganze Geschichte schon deswegen verteufelt kompliziert, weil ein dynamischer Druck hinzukommt, der von einer Reihe von Faktoren der Wellenausbreitung abhängt. Ich gebe dir mal einen Link auf eine Vertiefungsklausur aus dem Bereich Küsteningenieurwesen, nur um zu zeigen, mit welchen Einflussgrößen dort zum Beispiel gerechnet wird und das mit Formeln allein nichts zu machen ist.
http://www.lwi.tu-bs.de/hyku/klausuren/SS_06_Musterl…
Gruß
Peter
Lieber Peter,
danke für deine Antwort. Ich habe deine Musterlösung mal so überflogen, da geht es doch mehr um die Theorie der Wellenbildung (oder habe ich was übersehen?). Meine Problem ist eigentlich einfacher: ich habe auf den Seegrund vor dem Ufer einen Drucksensor (Auslösung 0,01 mH2O) angebracht. Die Seetiefe ist dort 2,80m. Alle 15ms erfasse einen Wert des Drucksensors. Aus diesen Werten müßte sich ja die Wellenform ergeben.
In der Praxis zeigt sich aber eine viel kleinere Amplitude, als ich optisch auf dem Wasser sehe. Also verringert sich mit der Tiefe der Druckunterschied zwischen Wellental und Wellenberg.
Meine Vorstellung war: das Wasser ist nicht kompressibel, also wirkt sich der Druck von Wellenberg und -tal direkt auf den Grund aus… da habe ich wohl einen Denkfehler?
Grüße
Hallo watergolf93,
der Wellenberg hat mehr Wassermasse und ist daher schwerer wie ein Wellental. Das habe ich in der Badewanne ausprobiert (Sensor am Boden und Sturm in der Badewanne!). Die Messwerte ergeben in der Badewanne ganz gut die Wellenform.
Im See habe ich den Sensor auf 2,8m tiefe ausgelegt. Aber jetzt ist die gemessene Apmplitude kleiner als die Welle auf dem Wasser… Warum?
Grüße
Hallo Georg,
Im See habe ich den Sensor auf 2,8m tiefe ausgelegt. Aber
jetzt ist die gemessene Apmplitude kleiner als die Welle auf
dem Wasser… Warum?
ich würde mir eine Methode zur Kalibrierung überlegen.
Z.B. ein Rohr senkrecht direkt über dem Sensor. Das Rohr, mit möglichst großem Durchmesser und etwa 1,5 m Länge, hat an seiner untersten Stelle ein schlagartig zu öffnendes (Schiebe-) Ventil. Das Ventil taucht knapp in den See ein.
Jetzt kannst du – je nach Füllhöhe des Rohrs - etwa 0,5 Meter, 1 Meter oder 1,5 Meter hohe „Wellen“ erzeugen und die Druckfortpflanzung auf den Sensor messen.
Je tiefer der Sensor liegt (Badewanne flach gegen 2,8 m Tiefe im See) und um so mehr Wasser insgesamt vorhanden ist (Badewanne wenig, im See viel), um so mehr wird sich eine Druckbeaufschlagung von der Oberfläche her im Wasser nach allen Richtungen hin verteilen und abschwächen.
Durch die Kalibrierung umgehst du das.
Angenommen eine 0,5 Meter „Welle“ liefert z.B. 50 mV Signal am Sensor, eine 1 Meter „Welle“ 85 mV und die 1,5 m Welle etwa 125 mV (alles Hausnummern!), so kannst du dir eine Kurve machen, aus der man direkt die Höhe der Welle aus dem Meßsignal entnimmt, unabhängig von der Abschwächung des Druckimpulses auf seinem Weg.
Gruß
watergolf
Ausbreitung des Druckes in alle Richtungen
Hallo Georg,
es wäre sicherlich sehr nützlich, wenn man mit so einem einfachen Sensor die WellenHöhe bestimmen könnte, doch dagegen spricht die gleichmäßige Ausbreitung des Druckes im Wasser. Jeder Punkt der WasserOberfläche wirkt auf jeden Punkt des MeeresBodens. Deshalb kommt unten nur ein Gemisch von überlagerten Drücken an, die sich dann wieder zu dem Druck aufsummieren, der der wellenfreien WasserTiefe entspricht.
Schade zwar, aber das entspricht auch Deiner Beobachtung, oder?
Freundliche Grüße
Thomas
Hallo Peter,
dein Tip mit den Klausuren war gut! es hat mich auf die Idee gebracht da weiter zu suchen. In https://www.tu-braunschweig.de/Medien-DB/hyku/lehre/… Aufgabe 1.1 ist ziemlich genau mein Fall beschrieben. Eine Boje liegt am Grund, wie hoch ist die Welle in Abhängigkeit eines Druck-Diagramms. In Abb 1.3 ergibt sich als Differenz von pmin-pmax der Druckdose am Boden 7.485Pa - also das müßte der Unterschied Wellental zu -berg sein. Umgerechnet in mmH2O sind das 763mm - in Abb 1.2 wird aber die Wellenhöhe mit 2.9m angegeben. Müßte dann nicht die Differenz entsprechend 2900mmH2O sein? Wo liegt da mein Gedankenfehler?
Grüße
Hallo Falken,
das habe ich auch schon befürchtet! ich habe aber noch nicht die Theorie dahinter verstanden. Statisch gesehen (See ohne Welle) hängt der Druck unstreitig von der Wassersäule oberhalb des Drucksensors ab.
Was passiert jetzt beim Wellenberg? Der Berg fliesst ja ab, daraus ist schon ersichtlich das nach allen Seiten Druck entsteht, vermutlich kugelförmig. Kann man das nicht irgendwie berechnen??
Grüße
Hall watergolf,
danke für dein email. Die Idee mit dem Rohr ist gut - aber genau da könnte das Problem stecken, da die kugelförmige Druckverteilung nicht berücksichtigt wird.
Grüße
Hallo Georg,
genau da könnte das Problem stecken, da die kugelförmige
Druckverteilung nicht berücksichtigt wird.
bisher hast du von keiner, wie auch immer gearteter Druckverteilung geschrieben.
Dein früheres Posting:
„Im See habe ich den Sensor auf 2,8m tiefe ausgelegt. Aber jetzt ist die gemessene Apmplitude kleiner als die Welle auf dem Wasser…“
ließ auf deine Erwartung - gemessene Amplitudenhöhe = tatsächliche Wellenhöhe - schließen.
Gruß
watergolf
Hallo Georg,
das Berechnen ist schwierig - es sei denn mit einem analogen System, welches Deinem VersuchsAufbau entspricht und Dir die Auswirkungen auf den Sensor visualisiert - also: Du bist der Sensor und sollst eine Aussage über die WellenHöhe treffen, die über Dir vorherrscht.
MittelWert? - Kein Problem: WasserDruck / Dichte / ErdBeschleunigung = … m
Aber dann aus allen Richtungen verschiedene Werte?
Hast Du schon einmal InterferenzMuster von Wellen betrachtet?-Egal ob Wasser in der Ebene oder Photonen- Schon bei zwei WellenQuellen ( vgl. DoppelSpaltVersuch ) ergeben sich Effekte, die zu eng beieinanderliegenden Maxima und Minima führen.
Deine WasserOberfläche besteht nun aus vielen Punkten, die DruckWellen aussenden- abhängig von ihrer Lage und ihrem BewegungsZustand.
Klar, dass die Signale von den weiter entfernten Punkten länger brauchen bis zum DruckSensor, aber was hilft es Dir?
Die kugelige Ausbreitung kommt da sicher nicht gelegen.
Bei großen Wellen könnte man davon ausgehen, dass der Einfluss der benachbarten WellenTäler und -Berge sich aufhebt. Bei Deinen Dimensionen befürchte ich, dass da die Interferenz eine zu große Rolle spielt.
Freundliche Grüße
Thomas
Hallo Georg,
…danke für deine Antwort. Ich habe deine Musterlösung mal so
überflogen, da geht es doch mehr um die Theorie der
Wellenbildung (oder habe ich was übersehen?). Meine Problem
ist eigentlich einfacher: ich habe auf den Seegrund vor dem
Ufer einen Drucksensor (Auslösung 0,01 mH2O) angebracht. Die
Seetiefe ist dort 2,80m. Alle 15ms erfasse einen Wert des
Drucksensors. Aus diesen Werten müßte sich ja die Wellenform
ergeben.
In der Praxis zeigt sich aber eine viel kleinere Amplitude,
als ich optisch auf dem Wasser sehe. Also verringert sich mit
der Tiefe der Druckunterschied zwischen Wellental und
Wellenberg.
Meine Vorstellung war: das Wasser ist nicht kompressibel, also
wirkt sich der Druck von Wellenberg und -tal direkt auf den
Grund aus… da habe ich wohl einen Denkfehler?
Ich habe auch noch mal nachgedacht und bin zu dem Ergebnis gekommen, dass man sich das Passieren einer Wasserwelle an einem am Boden ruhenden Drucksensor nicht einfach als „Draufstapeln einer Wassersäule“ vorstellen kann. Die Anpassung des Wassers an die Wellenform erzeugt (weil es kaum kompressibel ist) eine kreisförmige Bewegung der Wasserteilchen. Die durchlaufende Welle wird weder longitudinal noch transversal sein, sondern „irgendwas Kompliziertes“. Dies wird der Sensor zu spüren bekommen in der Weise, dass der Gesamtdruck eine Mischung aus statischen und dynamischen Druck ist. Wenn der Detektor so konzipiert ist, dass er nur den statischen Druck erfasst, wird er im Mittel weniger anzeigen. Die Druckeinflüsse der weiteren Umgebung werden sich meiner Ansicht nach „herausmitteln“ und haben keinen Einfluss auf das Messergebnis“.
Gruß
Peter
Hallo Peter,
bin deiner Meinung!
Ich habe den Prof angeschrieben und ihn um eine Auflösung der Aufgabe 1.1 vom SS2007 gebeten. Da wird was ähnliches gefragt.
Abgesehen davon installiere ich einen Sensor der von oben auf die Wasseroberfläche sieht. Dann kann ich beide Sensoren vergleichen. Mal sehen was da rauskommt!
Gruesse
Hallo,
Meine Vorstellung war: das Wasser ist nicht kompressibel, also
wirkt sich der Druck von Wellenberg und -tal direkt auf den
Grund aus… da habe ich wohl einen Denkfehler?
Ja, wie schon geschrieben wurde, siehst du am Boden nicht
nur statisch den einen Wellenberg genau senkrecht über dem
Sensor, sondern eine Überlagerung aller Drücke
der benachbarten Wellen.
Dass das Experiment in der Badewanne so gut geklappt hat,
liegt IMHO daran, dass dort das Verhältnis von Wassertiefe
zu Wellenlänge ein ganz anderes war.
Mit Wassertiefe > Wellenlänge.
Das sind allg. Erwartungswerte aus der Wellenphysik.
Um das Ergebnis aus der Badewanne zu erhalten müßtest du
eben rel. dicht unter der Wasser Oberfläche messen,
z.B. indem du am Sensor ein Röhrchen oder Schlauch bis
knapp unter die Oberfläche legst.
Gruß Uwi
Hallo Georg,
Ich will die Wellenhöhe durch einen Drucksensor am Seeboden
messen (2m Wassertiefe). Die gemessene Druckänderung scheint
aber nicht die Wellenhöhe wieder zugeben.
ein geschlossener Behälter - sagen wir mal 1,0x1,0x1,0m - hat oben
eine runde Öffnung von 1cm.Darauf wird ein Rohr von 1m Höhe
angebracht und mit Wasser gefüllt.
Diese zusätzliche Druckhöhe von 1,0m Höhe über dem Behälterboden -
wo kannst Du die messen ?
Genau, überall am Behälterboden und an den Behälterbegrenzungen.
Natürlich ist der See oben offen, aber die Druckhöhe der Welle
„wirkt“ erst mal weiträumig im Wasser -wenn man sie fixieren könnte.
Die Welle entsteht aber durch Druckfortpflanzung im Wasser und
ist deshalb eher Reaktionserscheinung als eine „Aktion“ auf das
Wasser.Deshalb sind Druck unterschiede eher etwas unterhalb der Oberfläche feststellbar als in der Tiefe - wenn dort überhaupt.
So könnte auch Deine „Wellenmessung“ in der Badewanne mit „flachem“
Wasser erklärbar sein.
Gruß VIKTOR