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Der Schall hat keine genau festgelegte Geschwindigkeit. Diese differiert je nach Medium, durch welches der Schall sich fortbewegt. Der Schall braucht in der Luft wesentlich länger als unter Wasser, da im Wasser mehr Teilchen vorhanden sind die den Schall weitergeben. Das würde bedeuten, dass die Schallgeschwindigkeit im Vakuum (luftleerer Raum) gleich Null wäre. Dem ist auch so, denn sonst würden wir sogar unsere Sonne hören, die einen ungeheuren Lärm von sich gibt. Da es im Vakuum keine Teilchen gibt, die den Schall weitergeben, kann dort kein Geräusch übertragen werden.
Da Flugzeuge in der Luft fliegen, werde ich mich natürlich auf dieses Medium beschränken. Die Schallgeschwindigkeit auf Meereshöhe beträgt bei normalen Umweltbedingungen ca. 1.220 km/h (rund 340 m/s). Die Schallgeschwindigkeit wird als Mach 1 bezeichnet. Diese Bezeichnung geht auf den Entdecker Ernst Mach zurück. Mach steht für die Schallgeschwindigkeit und die Zahl dahinter für das Vielfache der Schallgeschwindigkeit (Mach 2 ist demzufolge die 2-fache Schallgeschwindigkeit).
Ab einer Höhe zwischen 10 und 18 bis 30 km entspricht die gleiche Geschwindkeit von 1.220 km/h bereits einem Tempo von Mach 1,16 (in oberen Schichten wird die Schallgeschwindigkeit schneller erreicht).
(Zum Vergleich: Die Schallgeschwindigkeit unter Wasser beträgt sogar fast 5.300 km/h (rund 1.500 m/s).)
Wenn sich ein Objekt, welches ein Geräusch von sich gibt, von einem anderen Bezugspunkt (Beobachter) entfernt oder ihm annähert, verändert sich scheinbar die hörbare Frequenz. Grund dafür ist der Doppler-Effekt.
Ein einfaches Beispiel:
Sie stehen am Straßenrand und ein Krankenwagen mit Sirene kommt immer näher. Sobald er dicht an Ihnen vorbeifährt und sich wieder entfernt, ist die Sirene plötzlich tiefer und langsamer zu hören.
Wenn ein Objekt Schallwellen aussendet, breiten diese sich in alle Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit aus (Abbildung 1, unten (es sind jeweils die Wellenberge dargestellt)); genauso, als ob man einen Stein ins Wasser wirft und die Wasserwellen sich vom Mittelpunkt wegbewegen.
Anders aber, wenn das Objekt sich auf einen Betrachter zubewegt: Zu der Schallgeschwindigkeit addiert sich dann noch die Geschwindigkeit des Objektes, welches den Schall aussendet. Die ausgestrahlte Wellenlänge bleibt zwar gleich, aber bei Annäherung erreichen die Wellenberge den Beobachter dadurch in kürzeren Abständen (je nach Geschwindigkeit des Objektes). Dadurch wird der Ton höher und schneller wahrgenommen, als eine andere Frequenz eben (Abb. 2).
Entfernt sich das Objekt wieder, so tritt das Gegenteil ein: Die Geschwindigkeit dieses Objektes muss nun von der Schallgeschwindigkeit abgezogen werden, schließlich brauchen die Schallwellen ja nun länger um den Beobachter zu erreichen, da sich das Objekt entfernt. Die Abstände der Wellenberge die beim Beobachter ankommen werden dadurch größer und man hört einen tieferen und langsameren Ton (Abb. 2, Gegenrichtung).
Je näher ein Flugzeug der Schallgeschwindigkeit kommt, umso kürzer werden die Abstände der Wellenberge in Flugrichtung, und länger in Gegenrichtung (Abb. 2). Erreicht das Flugzeug Schallgeschwindigkeit, bedeutet dies, es fliegt genauso schnell wie der Schall, den er aussendet. Dies bedeutet, der Abstand der Wellenberge ist Null, sie stauen sich zur Schallmauer auf (Abb. 3). Wenn diese durchbrochen wird, gibt es einen lauten Knall. (Durch die überlagerten Wellenberge in Flugrichtung sind gleich mehrere Schallwellen auf einmal hörbar - die vergangenen und gegenwärtigen Geräusche, das ergibt den Knall.)
Fliegt ein Flugzeug mit Überschallgeschwindigkeit kann es von vorn nicht gehört werden, da es ja schneller als der Schall ist. Erst wenn es vorrübergeflogen und sich entfernt, ist es hörbar.
Bei der Überschallgeschwindigkeit ist das Flugzeug schneller als der Schall und überholt es. Es hat die Schallmauer bereits durchbrochen. Dennoch ist ein lauter Überschallknall zu hören. Wie in Abb. 4 zu sehen, überlagern sich die Wellenberge nun in einem Kegelmantel. Je schneller man fliegt, umso spitzer wird dieser Winkel (Abb. 5, Alpha) und umso später ist der Überschallknall zu hören.
Ein Beispiel: Fliegt das Flugzeug mit Mach 1,4 ist der Winkel des Kegels etwa 90 Grad groß. Das bedeutet, dass in diesem Beispiel die Stoßwelle den ersten Bodenkontakt erst dann erreicht, wenn das Flugzeug genauso weit entfernt ist wie seine Flughöhe. Fliegt es also in 10 km Höhe, ist der Überschallknall erst zu hören, wenn es bereits 10 km vom Beobachter auf der Erde entfernt ist. Deshalb ist der Überschallknall umso später zu hören, je schneller das Flugzeug fliegt.
Im Normalfall fließt die Luft entlang des Flugzeuges und dahinter entstehen Torbulenzen. Kommt man der Schallgeschwindigkeit näher (ca. ab Mach 0,85), kann die Luft nicht mehr richtig fließen und nicht ausweichen; Stoßwellen entstehen - die Luft wird vor dem Flugzeug hergeschoben. Bei hoher Luftfeuchtigkeit sind diese Druckstörungen um das Flugzeug besonders gut zu beobachen. Beim Durchbrechen der Schallmauer bringen Schallwellen den Wasserdampf der Luft zur Kondensation. Diese kann man sehr schön auf diesem Bild sehen, wo eine McDonnell Douglas F/A-18C die Schallmauer durchbricht. Dieses Bild ist das berühmteste, wenn es um die Schallmauer geht..
Der Traum des Fliegens ist so alt, wie die Menschheit selber. Am 17.12.1903 waren die Menschen soweit und realisierten diesen Traum. In Kitty Hawk, South Carolina, vollführten die Brüder Orwell und Wilburh Wright den ersten gesteuerten Motorflug der Geschichte. Sie flogen mit ihrem Wright-Flyer, gestartet von einer Holzrampe, 53 Meter weit. Von diesem Moment war die motorisierte Luftfahrt geboren. Die Flugzeuge entwickelten sich fortan rasant weiter. Besonders die beiden Weltkriege trieben die Entwicklung stark vorran.
Am 14.10.1947 war es wiedermal soweit, dass die Menschen eine historische Höchstleistung vollbrachten. Gegen Mittag des 14. Oktobers startete US Air Force Testpilot Charles "Chuck" Yeager mit seiner liebevoll Glamorous Glennis getauften Bell X-1 zu dem Versuch, die Schallmauer zu durchbrechen.
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