Wellenrichtung

Wellenrichtung ist die Richtung, in der sich eine Welle ausbreitet, also die Richtung der Energieübertragung. Bei planaren Wellen in homogenen Medien verlaufen die Wellenfronten als Ebenen, deren Normalenrichtung die Wellenrichtung angibt. Der dazugehörige Wellenvektor k zeigt in diese Richtung, und seine Größe hängt von der Wellenlänge λ ab (|k| = 2π/λ).

Für ein gegebenes Medium sind oft zwei Geschwindigkeiten relevant: die Phasengeschwindigkeit vp = ω/|k|, die in Richtung der Wellenfrontnormalen liegt, und die Gruppengeschwindigkeit vg = ∂ω/∂|k|, die die Richtung der Energieübertragung angibt. In isotropen, homogenen Medien stimmen vp und vg gewöhnlich in Richtung der Wellenrichtung überein; in anisotropen Medien können sie auseinanderfallen.

An der Grenze zweier Medien ändern sich Wellenrichtung und Wellenfronten nach Gesetzen der Refraction und Reflection; Snell’s law beschreibt den Zusammenhang der Einfallsrichtung, der Grenzfläche und der neuen Wellenrichtung, basierend auf dem Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeiten.

Bei Wasserwellen verlaufen die Wellenfronten senkrecht zur Wellenrichtung; bei elektromagnetischen Wellen entspricht die Richtung der Energieflussrichtung dem Poynting-Vektor, während die Orientierung des Wellenvektors die Phasenrichtung angibt. In gekoppelten Systemen oder Wellenführungen kann die Wellenrichtung durch Strukturen oder Grenzflächen gezielt gesteuert werden.

Zusammenfassung: Wellenrichtung definiert die Richtung, in der sich die Welle ausbreitet und Energie transportiert. Sie ist eng verbunden mit Wellenfronten, dem Wellenvektor und dem Unterschied zwischen Phasen- und Gruppengeschwindigkeit; sie kann sich an Grenzen oder in anisotropen Medien ändern.