Ein plötzlicher, lauter Knall, der entsteht, wenn aufgestaute Druckwellen schlagartig freigesetzt werden, weil Flugzeuge die Schallmauer durchbrechen. Was es mit dem Phänomen des Schallmauer-Durchbrechens auf sich hat und wie diese entsteht, erfahren Sie in diesem Artikel.

Schallmauer

Die Schallmauer bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der sich Schall in einem Medium ausbreitet: Hier sind ein paar spannende Fakten über die Schallmauer:

  • Der erste Mensch, der die Schallmauer im Horizontalflug durchbrach, war Chuck Yeager am 14. Oktober 1947 mit der Bell X-1
  • Die Schallgeschwindigkeit in der Luft (bei 20 °C) beträgt ca. 1.235 km/h (343 m/s)
  • Diese Geschwindigkeit steigt mit steigender Temperatur. Luftdruck und Luftfeuchtigkeit spielen im Alltag eine geringe Rolle.
  • In Gasen und Flüssigkeiten treten Longitudinalwellen auf: Ausbreitungsrichtung der Schallwelle und die Bewegung der Teilchen um ihre Ruhelage sind gleich.
  • In Festkörpern kommen mitunter auch Transversalwellen, Biegewellen und Torsionswellen vor. Die Wellengeschwindigkeit variiert mitunter zwischen diesen Wellenarten.
  • Beim Xylophonspiel treffen Sie auf viele dieser Wellenarten. Hier sind nicht nur Longitudinalwellen schneller als Biegewellen. Die Schallgeschwindigkeit von Biegewellen ist zudem frequenzabhängig. Hohe Frequenzen sind schneller, was wir in einem YouTube-Video visualisiert haben.
  • Der Begriff „Schallmauer“ beschreibt die aerodynamischen Herausforderungen, die beim Erreichen der Schallgeschwindigkeit auftreten.
  • Der Luftwiderstand nimmt drastisch zu, was wohl zu der Metapher der Mauer geführt hat.

Was passiert beim Durchbrechen der Schallmauer

Beim Erreichen der Schallgeschwindigkeit kommt es zur Bildung von Schockwellen, die abrupte Druckänderungen in der Luft verursachen. Da die Luftmoleküle vor dem Flugzeug nicht schnell genug ausweichen können, entsteht eine zunehmende Verdichtung. Diese Verdichtungswellen stauen sich vor dem Flugzeug auf und führen zu starkem Luftwiderstand. Sobald das Flugzeug die Schallmauer durchbricht und schneller als der Schall fliegt, können sich die Schockwellen nicht mehr nach vorne ausbreiten. Stattdessen formieren sie sich zu einem kegelförmigen Bereich hinter dem Flugzeug. Dieser Kegel wird als „Machsche Kegel“ bezeichnet und ist vergleichbar mit Bugwellen bei Schiffen. Dies ist auch der Moment, in dem ein deutlich hörbarer Überschallknall entsteht.

Durch das Schallmauer durchbrechen entsteht ein Überschallknall.

Das Flugzeug durchbricht die Schallmauer und es entsteht es kegelförmige Schockwelle. Bild: Pixabay

Der Überschallknall — ein akustisches Phänomen

Ein charakteristisches Phänomen beim Durchbrechen der Schallmauer ist der Überschallknall. Er entsteht, wenn sich die durch den Verdichtungsstoß erzeugten Druckwellen bündeln und als lauter Knall hörbar werden. Dieser Knall kann noch in großer Entfernung wahrgenommen werden. Ein Flugzeug im Überschallflug erzeugt kontinuierlich eine kegelförmige Schockwelle, die als lauter Knall am Boden wahrgenommen wird, wenn die Stoßwelle auf einen Beobachter trifft. Es handelt sich nicht um ein einzelnes Geräusch beim Durchbrechen der Schallmauer, sondern ein kontinuierliches Phänomen während des gesamten Überschallflugs. Der Knall ist so laut, dass Überschallflüge über bewohntem Gebiet meist verboten oder eingeschränkt sind.

Wenn Sie sich auch in Zukunft intensiver mit dem Thema Schall beschäftigen möchten, empfehlen wir Ihnen ausdrücklich die beiden Artikel Schall unter Wasser und wie man den Schall orten kann. Diese bieten Ihnen wertvolle Einblicke und weiterführende Informationen zu diesem faszinierenden Bereich.