Energie im Fokus
Wellen nutzen als Werkzeug dank ihrer Energie
Wellen transportieren Energie. Diese kann auf verschiedene Arten genutzt und gezielt eingesetzt werden: direkt,
durch Umwandlung in eine andere Energieform oder durch Bündelung auf einen Punkt.
Die Kraft der Bewegung
Die Energie von Wasserwellen äussert sich in ihrer Bewegung: Im offenen Meer ist es ein regelmässiges Auf und Ab, in zunehmend seichterem Küstenwasser werden die Wellen höher und brechen.
Die Bewegung einer brechenden Welle können wir zum Surfen nutzen. Dabei wirken unterschiedliche Kräfte auf das Surfbrett, die wir in Balance bringen müssen. Gelingt uns das, können wir uns mit dem Brett auf der Wasseroberfläche halten und werden von der Welle vorwärtsgetragen. Mit unserem Körpergewicht kontrollieren wir Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit des Surfbretts.
Wellenkraftwerke wandeln die Bewegungsenergie von Meereswellen in elektrischen Strom um. Es gibt hierfür verschiedene technische Ansätze, welche aber grösstenteils noch erprobt werden.
Fokussierung auf das Ziel
Mit einer Lupe können wir Lichtstrahlen bündeln und ihre Energie in einem Punkt sammeln – so kann ein Feuer entfacht werden. Auch andere Wellen lassen sich zielgerichtet einsetzen, indem wir sie auf einen Punkt fokussieren.
Bei der sogenannten fokalen Therapie zur Behandlung von Prostatakrebs werden Ultraschallwellen so auf das kranke Gewebe gerichtet, dass es erhitzt und dadurch zerstört wird. Die Fokussierung erfolgt mit einer Linse, welche die Schallwellen bündelt – wie die Lupe das Sonnenlicht.
Auch in der Strahlenchirurgie werden Tumore gezielt behandelt. Dabei werden z.B. von einem beweglichen Roboterarm einzelne Gammastrahlen aus einer immer neuen Richtung auf den Tumor ausgesendet. Der Tumor wird von jedem Strahl getroffen, wohingegen das umliegende gesunde Gewebe nur den geringen Dosen der einzelnen Strahlen ausgesetzt ist.
Es ist eine grosse Herausforderung, die Energie an die gewünschte Stelle zu bringen und ihre Wirkung in anderen Bereichen zu minimieren. Dies gilt vor allem, wenn Wellen sich im Innern einer komplexen Struktur ausbreiten – wie im menschlichen Körper oder auch im Innern der Erde.
Wärme aus der Welle
Ein schwarzes T-Shirt erscheint uns schwarz, da es kaum Licht reflektiert. Stattdessen nimmt es das Licht fast vollständig auf und wandelt es in Wärme um – das Licht wird absorbiert. Darum wird uns in schwarzer Kleidung in der Sonne besonders schnell warm. Die Wärme im T-Shirt entsteht, weil das Sonnenlicht die atomaren Teilchen im Stoff in Schwingungen versetzt.
Speisen können im Mikrowellengerät aufgewärmt werden, weil sie Wasser enthalten, das die Energie der Mikrowellen absorbiert. Die elektrisch geladenen Wassermoleküle werden von den Schwingungen der Wellen hin- und hergedreht, wodurch sie aneinanderreiben und Wärme entsteht.
Mit Absorption soll auch das Beschlagen von Autoscheiben verringert werden. Eine Autoscheibe beschlägt, wenn sie kälter ist als die umgebende Luft und sich dadurch Wassertröpfchen auf ihr absetzen. Eine neuartige Beschichtung absorbiert vor allem die Infrarotstrahlung des Sonnenlichts. Die Scheibe wird wärmer und der Temperaturunterschied zwischen Luft und Scheibe kleiner: Es entstehen weniger Tröpfchen.