Beim Überschallknall hörst du einen lauten Knall. Doch warum knallt es? Alles Wichtige zum Überschallknall, wie er entsteht und welche Folgen er hat, zeigen wir dir hier und in unserem Video !
Inhaltsübersicht
Überschallknall einfach erklärt
Einen Überschallknall hörst du, wenn zum Beispiel ein Flugzeug schneller als der Schall fliegt. Die Geräusche (Schall) des Flugzeugs beim Fliegen breiten sich in alle Richtungen mit Schallgeschwindigkeit aus. Wenn das Flugzeug immer schneller fliegt, drückt es den Schall in Form einer Luftmasse vor sich zusammen.
Dadurch bildet sich eine Druckwelle vor dem Flugzeug — die sogenannte Schallmauer .
Ist die Fluggeschwindigkeit höher als die Schallgeschwindigkeit, fliegt das Flugzeug schneller als sein eigener Lärm. Es durchbricht die Schallmauer vor dem Flugzeug. Das Flugzeug fliegt nun vor der Druckwelle. Dadurch steigt der Druck um das Flugzeug kegelförmig an. Deshalb entsteht ein lauter Knall, den wir hören, sobald die Druckwelle unser Ohr erreicht — der Überschallknall.
Gut zu wissen: Bei einer passenden Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Geschwindigkeit kann sich manchmal hinter dem Flugzeug eine Kondensationswolke bilden. Diese Wolke tritt jedoch nicht immer auf und ist nicht der Überschallknall selbst, denn den kannst du nicht sehen.
Wie entsteht ein Überschallknall?
Schall breitet sich als Welle in alle Richtungen mit einer Geschwindigkeit von etwa 1200 km/h aus.
- Wenn das Flugzeug die Schallgeschwindigkeit
nicht überschreitet, bewegen sich diese Schallwellen ungehindert in alle Richtungen, auch nach vorne.
- Ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs schneller als die Schallgeschwindigkeit, kann sich der Schall nicht nach vorne ausbreiten. Das Flugzeug schiebt die Luftmasse zusammen, sodass sich die Luft wie ein Festkörper verhält. Du bezeichnest das auch als Schallmauer.
- Wird das Flugzeug beschleunigt und die Schallgeschwindigkeit überschritten, kann die Luft die Dichteschwankungen nicht mehr schnell genug ausgleichen. Von der Spitze des Flugkörpers löst sich beim Durchtrennen der festen Luftmasse, der sogenannten Schallmauer, eine Schallwelle aus. Die durchschnittene Schallwelle besitzt eine Lautstärke von 120 Dezibel. Wenn sie auf unser Ohr trifft, hören einen lauten Knall.
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Warum gibt es bei Überschallgeschwindigkeit einen Knall?
Wenn das Flugzeug die Schallgeschwindigkeit überschreitet, steigt die Dichte der Luft kegelförmig um das Objekt herum weiter an. Es entsteht ein sogenannter Machscher Kegel. Dieser Lärmkegel, der sich um das Flugzeug gebildet hat, trifft nach einiger Zeit auf unserer Höhe ein. Sobald die so entstandene Stoßwelle unser Ohr erreicht, ist ein lauter Knall zu hören.
Der laute Knall entsteht, weil die Schallwellen in gebündelter Form vorkommen. Bei der Überschreitung der Schallgeschwindigkeit sprichst du daher auch vom Schallmauer durchbrechen.
Welche Folgen hat ein Überschallknall?
Der entstehende Schalldruck kann unter ungünstigen Bedingungen ausreichen, um Fensterscheiben explodieren zu lassen. Das passiert aber selten, denn bei Flughöhen über 10.000 m sind die Fluggeschwindigkeiten weit unter der Schallgeschwindigkeit von 1200 km/h.
Ein Schallmauer-Knall hat aber auch gesundheitliche Folgen: Mit 120 Dezibel erreicht es die Schmerzgrenze des menschlichen Gehörs.
Schon gewusst? Die Schmerzgrenze des menschlichen Ohrs liegt bei 130 Dezibel.
Oberhalb dieser Schmerzgrenze verursacht der Lärm schon bei Einzelereignissen theoretisch Hörschäden. Durch Überschallknalle kommt es auch zu psychischen und auch körperlichen Belastungen. Hierzu zählst du Gedächtnisschwäche oder geistige Ermüdbarkeit.
Wellen (Physik)
Nun hast du also das Wichtigste zur Entstehung und den Folgen des Überschallknalls gelernt. Du brauchst direkt eine Wiederholung zu den Wellenarten und deren physikalische Eigenschaften? Dann schau hier unser Video dazu an!
Überschallknall — häufigste Fragen
(ausklappen)
Überschallknall — häufigste Fragen
(ausklappen)-
Was ist Überschallgeschwindigkeit?Überschallgeschwindigkeit bedeutet, dass ein Objekt schneller fliegt als sich Schall in der Luft ausbreitet. In Luft liegt die Schallgeschwindigkeit grob bei etwa
. Dann kann sich der vom Objekt erzeugte Schall nicht mehr nach vorn ausbreiten, weil das Objekt seine eigenen Schallwellen „einholt“.
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Was passiert, wenn die Schallmauer durchbrochen wird?Beim Durchbrechen der Schallmauer fliegt das Flugzeug schneller als der Schall, sodass sich Schall und Luftdruck vor dem Flugzeug zusammenstauen. Dadurch bildet sich eine gebündelte Stoßwelle in Form eines Machschen Kegels. Wenn diese Druckwelle den Beobachter erreicht, wird sie als lauter Knall gehört.
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Ist der Überschallknall permanent?Der Überschallknall ist an einem festen Ort nicht permanent, sondern tritt dort nur kurz auf, wenn die Stoßwelle vorbeizieht. Solange das Flugzeug mit Überschallgeschwindigkeit fliegt, läuft die Stoßwelle als „Lärmkegel“ mit und trifft nacheinander immer neue Orte am Boden.
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Warum hört man den Überschallknall oft erst, wenn das Flugzeug schon vorbeigeflogen ist?Den Überschallknall hört man oft erst nach dem Vorbeiflug, weil das Flugzeug vor seiner eigenen Druckwelle fliegt. Die Stoßwelle breitet sich zwar weiter aus, erreicht den Beobachter aber erst, wenn der Machsche Kegel auf dessen Position trifft. Deshalb kommt der Knall zeitlich verzögert an.
Strömungen verstehen
Ein Überschallknall entsteht bei sehr schnellen Bewegungen durch die Luft und gehört zum Themenfeld Strömungen. Du ordnest Strömungen nach Geschwindigkeit und Druck und vergleichst, wie sich Luft um Körper wie Flügel oder Düsen verhält. So erkennst du, wann aus einer ruhigen Strömung eine Stoßwelle wird und warum sich Kräfte und Geräusche dann stark ändern. Weitere Videos dazu findest du in unserem Ingenieurwissenschaftenbereich.