Hey ihr alle,
ich interressiere mich sehr für die Physik.
Deswegen wollte ich wissen, was genau beim durchbruch der Schallmauer passiert. Also was passiert, wenn ein Gegenstand auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt wird, und dieser dann die Schllmauer durchbricht.
Danke im Voraus
Versuch Dir folgendes vorzustellen:
Du bewegst in einem Schwimmbecken mit ruhigem Wasser ein Brettchen ein paar Centimeter immer hin und her. Dabei einstehen Wellen von einem gleichmäßigen Muster, die sich vom Brett enfernen. Dies simmuliert den Schall von einem stehenden Flugzeug. (Die Geschwindigkeit der Wellen im Becken kannst Du mit den Augen verfolgen und sogar hinterherlaufen, da sie sehr langsam sind.)
Am Rand des Beckens kannst Du einen Ball schwimmen lassen. Dies ist das Ohr. Der Ball fängt frühestens an zu wippen, wenn die erste Welle ihn erreicht. Die Höhe der Wellen und des Balles entspricht der Lautstärke.
Jetzt machst Du folgendes:
Wärend Du das Brettchen hin und her bewegst, schiebst du es gleichzeitig mit der gleichen Geschwindigkeit vorwärts wie die Wellen sich fortpflanzen. Dabei kannst Du beobachten, daß die erste Welle immer wieder eingeholt wird und mit der nächsten Schwingung zusätzlich aufgetürmt wird. Bei jeder vorwärtsschwingenden Bewegung wird sie immer Stück für Stück höher. Erreicht sie den Ball hüpft er einmalig sehr hoch, das entspricht dem Knall, den man hört wenn das Flugzeug mit Schallgeschwindigkeit fliegt. Beim Beschleunigen und Abbremsen entsteht
in dem Moment, wo ein Gegenstand Schallgeschwindigkeit hat eine überlagerte Schallwelle, die sehr laut ist.
Versuch Dir folgendes vorzustellen:
Du bewegst in einem Schwimmbecken mit ruhigem Wasser ein
Brettchen ein paar Centimeter immer hin und her. Dabei
einstehen Wellen von einem gleichmäßigen Muster, die sich vom
Brett enfernen. Dies simmuliert den Schall von einem stehenden
Flugzeug. (Die Geschwindigkeit der Wellen im Becken kannst Du
mit den Augen verfolgen und sogar hinterherlaufen, da sie sehr
langsam sind.)
Am Rand des Beckens kannst Du einen Ball schwimmen lassen.
Dies ist das Ohr. Der Ball fängt frühestens an zu wippen, wenn
die erste Welle ihn erreicht. Die Höhe der Wellen und des
Balles entspricht der Lautstärke.
Jetzt machst Du folgendes:
Wärend Du das Brettchen hin und her bewegst, schiebst du es
gleichzeitig mit der gleichen Geschwindigkeit vorwärts wie die
Wellen sich fortpflanzen. Dabei kannst Du beobachten, daß die
erste Welle immer wieder eingeholt wird und mit der nächsten
Schwingung zusätzlich aufgetürmt wird. Bei jeder
vorwärtsschwingenden Bewegung wird sie immer Stück für Stück
höher.
Bis hierher hast Du alles sehr hübsch und anschaulich erklärt, aber danach wird es leider falsch:
Erreicht sie den Ball hüpft er einmalig sehr hoch, das
entspricht dem Knall, den man hört wenn das Flugzeug mit
Schallgeschwindigkeit fliegt. Beim Beschleunigen und Abbremsen
entsteht
in dem Moment, wo ein Gegenstand Schallgeschwindigkeit hat
eine überlagerte Schallwelle, die sehr laut ist.
Das ist ein häufiger Irrglaube! Das Durchbrechen der Schallmauer ist nicht der Überschallknall!
Durchbrechen der Schallmauer: Direkt vor dem Brettchen türmt sich eine immer größer werdende Bugwelle auf. Wenn Du schneller schwimmen willst, musst Du Dich da durchkämpfen. Das ist anstrengend. Oder aufs Flugzeug übertragen: Bei einer Geschwindigkeit, die genau der Schallgeschwindigkeit entspricht, schiebt das Flugzeug eine Druckwelle vor sich her. Wenn es noch weiter beschleunigen will, muss es diese Druckwelle „durchbrechen“. Dabei ist das Flugzeug u. U. recht hohen Belastungen ausgesetzt. Flugzeuge, die nicht dafür konstruiert sind, können dabei zerbrechen. (Das ist mit den Propellermaschinen im 2. Weltkrieg passiert, die im Sturzflug teilweise Schallgeschwindigkeit erreichen konnten).
Überschallknall: Bewegt sich ein Körper schneller als der Schall, dann bildet sich eine kegelförmige Druckwelle, an deren Spitze sich das Flugzeug befindet, der so genannte „Machsche Kegel“. Wenn diese Druckwelle beim Betrachter ankommt, hört er einen lauten Knall. Zwar ist der Öffnungswinkel des Machschen Kegels geschwindigkeitsabhängig, aber er bildet sich bei jeder Geschwindigkeit, die größer als die Schallgeschwindigkeit ist.
Michael
Hallo
Luft kann einem bewegten Gegenstand ausweichen, indem sie diesen umströmt.
Dazu muß sie (quer)beschleunigt werden.
Jetzt kann sie bis unterhalb der Schallgeschwindigkeit elastisch wieder zurückströmen.
Oberhalb der Schallgeschwindigkeit gibt es so eine Art von Stau, der daher kommt, das sich die Luft quasi entscheidet, lieber nicht zu umströmen und stattdessen stärker zu komprimieren. So schnell kann sie dann nämlich nicht.
Dieser Stau baut sich natürlich auch wieder ab, jedoch nicht mehr so elastisch, es ist mehr ein Stoßvorgang, der wiederum eine einzelne elastische Welle verursacht. Diese "Stoß"Welle bildet dann den bereits genannten Machschen Kegel, dessen Geometrie von der Geschwindigkeit des Objekts und von der Schallgeschwindigkeit definiert wird.
Übrigens muß nicht jedes überschallschnelles Objekt einen Überschallknall verursachen, wichtig ist, das Luft in irgendeiner Form auf Überschall beschleunigt wird. Bei Raketen sieht man diese auch Schockwelle genannte Erscheinung deswegen bevorzugt an vergrößernden Querschnittsänderungen.
MfG
Matthias