Wellenbiegung

Wellenbiegung bezeichnet die Richtungsänderung der Ausbreitung von Wellen, die entsteht, wenn sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Wellenmediums räumlich ändert. Sie tritt auf, wenn Wellen von einem Medium in ein anderes übergehen oder wenn das Medium selbst räumliche Gradienten in der Ausbreitungsgeschwindigkeit aufweist.

Der Biegeeffekt ergibt sich, weil verschiedene Teile der Welle unterschiedliche Phasenfortschreitungen erfahren. In Grenzflächen folgt die Bewegungsrichtung dem Snell'schen Gesetz; in Medien mit kontinuierlich variierendem Brechungsindex beschreibt die Ausbreitungspfad eine Kurve, die durch das Gradientenkriterium bestimmt wird (Eikonalgleichung).

Typische Beispiele sind die Lichtbrechung an der Grenze Luft–Wasser oder Luft–Glas, atmosphärische Phänomene wie Fata Morganas oder Lichtbögen durch Temperaturgradienten, sowie Schallwellen, die durch Temperatur- oder Windgradienten gebogen werden. In der Geophysik bewegen sich Seismikwellen aufgrund unterschiedlicher Dichte- und Elastizitätsprofile ebenfalls gewölbt.

Wellenbiegung ist ein grundlegendes Phänomen der Wellenphysik und bildet die Grundlage für Optik (Linsen, Grin-Strukturen), Akustik und Geophysik. Sie unterscheidet sich von der Beugung (Biegung um Hindernisse) und der Reflektion, doch alle Effekte tragen zur Umbiegung von Wellenpfaden bei.