Wann hört man einen Überschallknall?

Der Überschallknall: Wenn die Schallmauer bricht

Der Überschallknall ist ein beeindruckendes Phänomen, das die Kräfte der Physik auf eindrucksvolle Weise demonstriert. Doch wann genau entsteht dieser laute Knall, der oft mit Erdbeben oder Explosionen verwechselt wird? Die einfache Antwort lautet: Wenn ein Objekt, meist ein Flugzeug, die Schallgeschwindigkeit überschreitet. Aber die Details sind etwas komplexer und faszinierender.

Die Schallmauer und ihre Überwindung:

Stellen Sie sich ein Flugzeug vor, das sich langsam durch die Luft bewegt. Es erzeugt Schallwellen, die sich in alle Richtungen ausbreiten. Diese Wellen “wandern” vor dem Flugzeug her und warnen die Luftteilchen sozusagen vor seiner Ankunft. Je schneller das Flugzeug wird, desto näher rücken die Schallwellen zusammen.

Wenn das Flugzeug die Schallgeschwindigkeit erreicht (etwa 1235 km/h oder Mach 1 in trockener Luft bei 20°C), holt es seine eigenen Schallwellen ein. Die Luft kann dem nicht länger entkommen und wird extrem komprimiert. Dieser extreme Druckaufbau verdichtet sich zu einer Schockwelle.

Die Schockwelle als Ursache des Überschallknalls:

Diese Schockwelle ist der eigentliche Übeltäter. Sie ist keineswegs ein einzelner Knall, sondern eher ein kontinuierlicher Kegel aus komprimierter Luft, der sich hinter dem Flugzeug herzieht. Wenn dieser Kegel einen Beobachter am Boden überquert, nimmt dieser den Überschallknall wahr. Es ist wie ein Donnerschlag, der durch die plötzliche Druckänderung verursacht wird.

Wichtige Aspekte, die oft missverstanden werden:

• Der Überschallknall entsteht nicht nur, wenn das Flugzeug die Schallgeschwindigkeit erreicht, sondern solange es sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegt. Das Flugzeug “durchbricht” die Schallmauer also nicht nur einmal, sondern erzeugt einen fortwährenden Kegel aus Schallwellen.
• Die Lautstärke des Knalls hängt von der Größe und Form des Flugzeugs sowie von seiner Flughöhe ab. Je größer und tiefer das Flugzeug, desto lauter der Knall.
• Der Überschallknall ist nicht an den Standort des Flugzeugs gebunden. Er kann auch in einiger Entfernung wahrgenommen werden, da sich die Schockwelle kegelförmig ausbreitet.
• Doppelte Überschallknalls sind möglich. Dies kann auftreten, wenn das Flugzeug zwei separate Schockwellen erzeugt, beispielsweise durch die Nase und das Heck.

Konsequenzen und Beschränkungen:

Die immense Energie, die im Überschallknall freigesetzt wird, kann zu Belästigungen und sogar Schäden an Gebäuden führen. Aus diesem Grund ist das Fliegen mit Überschallgeschwindigkeit über bewohnten Gebieten in vielen Ländern untersagt oder stark eingeschränkt.

Zusammenfassend lässt sich sagen:

Der Überschallknall ist die akustische Manifestation einer Schockwelle, die entsteht, wenn ein Objekt, meist ein Flugzeug, die Schallgeschwindigkeit überschreitet. Er ist kein einmaliges Ereignis, sondern ein kontinuierlicher Effekt, solange das Objekt mit Überschallgeschwindigkeit fliegt. Die Lautstärke und Reichweite des Knalls hängen von verschiedenen Faktoren ab, was zu erheblichen Einschränkungen für Überschallflüge über Land geführt hat. Die Forschung arbeitet jedoch an Technologien zur Reduzierung des Überschallknalls, um in Zukunft möglicherweise wieder kommerzielle Überschallflüge zu ermöglichen.