hilfreiche-tools.de  ⇒ Physik  ⇒ Schallgeschwindigkeit

Schallgeschwindigkeit

Schallgeschwindigkeit berechnenDie Schallgeschwindigkeit berechnen, wozu soll das im Alltagsleben gut sein, mögen wohl viele Schulpflichtige denken. Jedoch kann es ausgesprochen nützlich sein, etwas über die Berechnung der Schallgeschwindigkeit zu wissen, wenn man etwa in freier Natur von Donnergrollen überrascht wird. Der Schallgeschwindigkeit-Rechner von Hilfreiche-Tools, hilft Ihnen einfach, kostenlos und schnell, zu einem Ergebnis zu gelangen.

Dauer [Sekunden]  
oder  
Entfernung [km]  

Haben Sie Fragen zu diesem Thema

Was ist Schall?

Wir sind ständig umgeben von unzähligen Tönen und Geräuschen, sei es Musik, Baustellenlärm oder unser eigener Atem. Jedoch kann nicht jedes Geräusch in unserer Umgebung auch von menschlichen Ohren gehört werden. Viele Tierarten, wie beispielsweise Hunde, Fledermäuse oder Elefanten, vermögen wesentlich höhere oder tiefere Töne wahrzunehmen als der Mensch. Als Schall bezeichnen wir nur all jenes, was das menschliche Ohr an Tönen und Geräuschen wahrnehmen kann.

 

Wie der Schallgeschwindigkeit-Rechner funktioniert

Sie benötigen zwei bekannte Faktoren, um den Dritten berechnen zu lassen. Wenn Sie etwa den Wert der Schallgeschwindigkeit kennen und die Zeit, wie etwa die Dauer des Donnergrollens, können Sie die Entfernung berechnen lassen.

Als Standardwert der Schallgeschwindigkeit zählt die Schallgeschwindigkeit bei 20 °C und hoher Luftfeuchtigkeit, also 343 m/s (= 1235 km/h). Temperatur und Luftfeuchtigkeit können diese Werte ein klein wenig verändern. Eine Tabelle weiterer Schallgeschwindigkeits-Werte bei unterschiedlichen Medien (Gasen, Flüssigkeiten, Festkörpern) finden Sie weiter unten.

Oder Sie können die Schallgeschwindigkeit berechnen lassen, in dem Sie den dort angegebenen Wert löschen und Dauer sowie Entfernung in die Tabelle eintragen.

 

Wovon hängt die Geschwindigkeit des Schalls ab?

Schall wird durch winzige Schwankungen im Luftdruck hervorgerufen, die sich von einer Schallquelle ausgehend wellenförmig im Raum ausbreiten und auf unsere Trommelfelle einwirken. Steht eine Schallquelle mit einem elastischen Medium, z. B. Luft in Verbindung, so überträgt sie ihre Schwingungen auf das sie umgebende Medium, im Falle der Luft auf die Luftmoleküle. Diese Schwingungen oder Schallwellen können wir nur dann hören, wenn sie in einem bestimmten Bereich schwingen: mindestens 20 und höchstens 20.000-mal innerhalb einer Sekunde.

Die Anzahl der Schwingungen, die eine Schallquelle, beispielsweise eine Gitarrensaite, innerhalb einer Sekunde ausführt, wird als Frequenz bezeichnet. Die Frequenz der Schallwelle bestimmt auch die Höhe eines Tons und wird mit der Maßeinheit Hertz (Hz) angegeben. Daher gilt: je schneller etwas schwingt, desto höher ist die Frequenz und umso höher ist der Ton.

Ein tiefer Ton wiederum bedeutet, dass es sich um eine niedrige Frequenz handelt, die Schallquelle also langsamer schwingt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls nennt man Schallgeschwindigkeit. In Bezug auf Gas ist die Schallgeschwindigkeit von der Temperatur und nicht vom Gasdruck abhängig.

 

Dezibel – die Lautstärke des Schalls

Die Lautstärke des Schalls hängt davon ab, wie kräftig die Schallquelle schwingt, dieser Faktor wird als Amplitude gemessen. Wird eine Gitarrensaite nur leicht gezupft, ist deren Schwingung nicht besonders kräftig und es gibt nur einen leisen Ton. Wird eine Gitarrensaite heftig angeschlagen, schwingt sie viel stärker und es gibt laute Töne. Das bedeutet, je stärker eine Schallquelle schwingt, desto lauter ist der erzeugte Ton.

Wird im Alltag über zu laute Musik beim Nachbarn oder andere Lärmbelästigung gesprochen, kommt häufig der Ausdruck ”Dezibel” zur Verwendung. Dezibel (dB) ist die Maßeinheit für den Schalldruck, welcher angibt, um wie viel stärker die gemessene als die gerade noch wahrnehmbare Schallintensität ist.

Der leiseste noch hörbare Ton, die sogenannte Hörschwelle, hat 0 dB, und Geräusche an der Schmerzschwelle haben zwischen 120–130 dB. Das hängt auch von der individuellen Empfindlichkeit ab.

Diese Dezibelzahl ist auch abhängig davon, ob es sich bei ungehinderter Ausbreitung der Schallwellen um eine fest stehende Schallquelle (zum Beispiel eine Maschine) oder um eine  linienförmige Schallquelle (zum Beispiel Straße) handelt.

Der von der Maschine ausgehende Schall nimmt um etwa sechs dB(A) und der von der Straße ausgehende Schall um etwa drei dB(A) ab, wenn sich die Entfernung zu den Schallquellen verdoppelt. Die Ausbreitung wird durch Schallbrechung, -beugung, -reflexion, -interferenz und -absorption witterungsabhängig beeinflusst.

 

Wichtige Fakten zur Schallgeschwindigkeit

  • Die Schallgeschwindigkeit bezeichnet jene Geschwindigkeit, mit welcher sich diese Schallwellen in einem bestimmten Medium fortbewegen. Die Maßeinheit dafür sind Meter pro Sekunde (m/s)
  • Schallwellen können sich nicht nur in der Luft – also in einem gasförmigen Medium – ausbreiten, sondern auch in festen Körpern oder Flüssigkeiten
  • Die Schallgeschwindigkeit ist abhängig von Elastizität und Dichte eines Mediums sowie dessen Temperatur. Bei Flüssigkeiten spielt zusätzlich der Druck und in Festkörpern auch noch der Wellentyp beziehungsweise dessen Frequenz eine Rolle
  • Da das menschliche Ohr als Empfänger von Luftschallwellen vorgesehen ist, werden zur Messung von Schallgeschwindigkeit die Standardwerte für den Luftschall herangezogen.
  • Die Schallgeschwindigkeit in trockener Luft bei Bedingungen um 1 bar und 20 °C beträgt 343,2 m/s (1236 km/h)

Beispiele für Schallgeschwindigkeiten in unterschiedlichen Medien
Die folgende Tabelle zeigt weitere Beispiele für Schallgeschwindigkeiten in verschiedenen Medien bei einer Temperatur von 20 °C aufgelistet. Bei allen aufgelisteten Materialien bezieht sich die Angabe der Schallgeschwindigkeit auf die Druckwelle (Longitudinal-Welle).
Die höchste Schallgeschwindigkeit aller natürlichen Medien weist der Diamant auf, mit 18.000 m/s.

Die Schallgeschwindigkeit zu kennen, ist besonders wichtig bei Holz-Musikinstrumenten. Folgende Angaben beziehen sich auf die Schallgeschwindigkeit längs zur Faser: Erle 4400 m/s, Ahorn 4500 m/s, Esche 4700 m/s, Padouk 4800 m/s, Linde 5100 m/s, Fichte 5500 m/s.

Gase

Angabe in m/s

Luft

343

Helium

981

Wasserstoff

1280

Sauerstoff

316

Kohlenstoff

266

Wasserdampf (bei 100 °C)

477

Flüssigkeiten

 

Wasser

1484

Meerwasser

≈1500

Ethylalkohol

1168

Festkörper

 

Gummi

150

Buchenholz

3300

Marmor

6150

Messing

3500

Eisen

5170

Diamant

18000

 

Die Schallmauer

In der Luftfahrt wird die Geschwindigkeit eines Flugzeugs auch relativ zur Schallgeschwindigkeit gemessen, in der Einheit Mach (benannt nach Ernst Mach). Was wir generell als das ”Durchbrechen der Schallmauer” bezeichnen, bedeutet die Überwindung des stark ansteigenden Luftwiderstandes, der bei Erreichen der Schallgeschwindigkeit auftritt.

In einem Vakuum oder im Weltraum können sich Schallwellen nicht ausbreiten, da kein Medium zum Übertragen von Schallwellen vorhanden ist.

 

Der Schall und das Gewitter

Schon unsere Vorfahren benutzten die Schallgeschwindigkeit zum Berechnen der Entfernung des nächsten Gewitters. Sie zählten die Sekunden zwischen dem Aufleuchten eines Blitzes und dem Einsetzen des Donnergrollens und schätzen so ab, wie weit das Gewitterzentrum entfernt ist. Vielleicht kennen Sie das auch noch aus Ihrer Kindheit?

In der Luft legt der Schall etwa einen Kilometer innerhalb von drei Sekunden zurück. Daher ergibt die Anzahl der gezählten Sekunden geteilt durch drei, wie viele Kilometer weit ein Gewitter entfernt ist

 

Wichtig: Der Rechner und die im Artikel enthaltenden Informationen sind nur zu Ihrer Orientierung gedacht und erheben, trotz unserer gründlichen Recherche, keinen Anspruch auf Vollständigkeit und Richtigkeit. Wir beantworten gerne Fragen zur Berechnung der Schallgeschwindigkeit, übernehmen jedoch keinerlei Haftung, Verantwortung und Gewährleistung für die Ergebnisse.




Interessante Fragen und Antworten zu Schallgeschwindigkeit

Fliegen Flugzeuge in Schallgeschwindigkeit?

Diese Frage kann mit einem klaren "JA!" beantwortet werden. Allerdings muss in heutiger Zeit deutlich zwischen ziviler und militärischer Luftfahrt unterschieden werden.

Zivile Luftfahrt

Das erste Verkehrsflugzeug das Überschallgeschwindigkeit erreichte, war eine DC-8 am 21. August 1961. Allerdings gilt der Überschallflug schon seit langer Zeit im zivilen Bereich als unwirtschaftlich. Den einzigen kommerziellen Erfolg erreichte die Concorde, die jedoch am 26. November 2003 außer Dienst gestellt wurde.

Militärische Luftfahrt

1941 erreichte erstmals das deutsche Raketenflugzeug Me 163 im Horizontalflug Schallgeschwindigkeit. Der erste offizielle Überschallflug fand 1947 mit dem amerikanischen Raketenflugzeug Bell X-1 statt. In heutiger Zeit sind besonders bei Jägern und Jagdbombern Überschallgeschwindigkeit selbstverständlich. Aktiv im Dienst befindliche Militärflugzeuge erreichen zwei- bis dreifache Schallgeschwindigkeit. Versuchsmodelle erreichen jedoch noch bedeutend höhere Geschwindigkeiten.

Das schnellste Flugzeug der Welt

Das Raketenflugzeug Hyper-X-3 erreichte am 16. November 2004 knappe zehnfache Schallgeschwindigkeit mit Mach 9,66. Hierbei handelte es sich jedoch nicht um ein militärisches Gerät, sondern um einen Testflugkörper der NASA.
 

Hat es schon vor Erfindung des Düsenjets einen Durchbruch der Schallmauer gegeben

Die Frag; "Hat es schon vor Erfindung des Düsenjets einen Durchbruch der Schallmauer gegeben", ist klar mit ja zu beantworten. Viele Dinge erreichen Schallgeschwindigkeit und man kann den Knall deutlich hören. Peitschenhiebe sind prädestiniert um diese Frage zu beantworten, denn die Peitschenspitze braucht annähernd diese Geschwindigkeiten um das Knalle zu erzeugen.

Schon vor Erfindung der ersten Düsenflugzeuge haben sich Ingenieure mit Geschwindigkeiten über 1000 km/h beschäftigt. Etwa die Rakenflugzeuge im Dritten Reich oder die Raketen dieser Zeit flogen bereits mit Schallgeschwindigkeit. Raketen sind keine eindeutige Erfindung dieser Zeit, sonder bereits im chinesischen Reich der Ming Dynastie gab es Raketen.

Diese wurden aber nur als Feuerwerk genutzt und auch diese Flugkörper haben den Schall durchbrochen. Da es aus diesen Vorzeiten der Erfindung der Überschall Flugzeuge keine verlässlichen Aufzeichnungen gibt, ist immer davon auszugehen, dass es die Durchbrechung der Schallmauer gegeben hat.

Immer wieder haben es Ingenieure geschafft auch vor der Erfindung der Düsenjets mit ihren Erfindungen die Schallmauer zu durchbrechen. Beispiele sind die V2 Rakete, die ME 262 als Strahlflugzeug und einen nachgewiesenen Sturzflug mit Überschallgeschwindigkeit. So ist die Frage eindeutig so zu klären, um die Schallmauer zu durchbrechen, braucht man nicht unbedingt einen Düsenjet, sondern nur Geschwindigkeiten die über 1000 km/h liegen.
 

Was genau bedeutet Schallmauer?

Die Frage; "Was genau bedeutet Schallmauer?" ist eng verbunden mit dem Thema Geschwindigkeit. Gerade bei Flugzeugen ist dies eine interessante Verbindung. Heutige Düsenflugzeuge können bei einigen Modellen problemlos die Schallmauer durchbrechen.

Der Schall als Geräusch breitet sich in unendlich schneller Geschwindigkeit aus. Diese Geschwindigkeit ändert sich über den Faktor Temperatur. Die genaue Geschwindigkeit von Schall, ist bei einer konstanten Temperatur von 20 Grad Celsius genau 1.231 km/h. Ein Flugzeug das sich knapp unterhalb der Schallgeschwindigkeit befindet fliegt ebenfalls genau unter der Druckwelle des Schall, die von ihm als Körper ausgeht.

Die entsprechenden Druckwellen breiten sich hier schon mit Schallgeschwindigkeit aus und sie fliegen gleichzeitig dem Flugzeug als Druckwelle ungehindert weit voraus. Die Schallmauer ist ein Begriff einer angenommen physikalischen Grenzen der hörbaren Schockwelle und der Überschallknall ist dann das eigentliche Ereignis beim durchbrechen der Schallmauer über eine Geschwindigkeitsgrenze. So ist die Schallmauer genau diese Grenze der Geschwindigkeit und des hörbaren Phänomen.

Die Geschwindigkeit innerhalb der Druckwellen eines Flugzeuges unterhalb der Schallgeschwindigkeit liegen somit immer unterhalb der Schallmauer und erzeugen keinen hörbaren Knall. Wenn ein Flugzeug diese Geschwindigkeit überschreitet und die Schallgeschwindigkeit durchbricht erreicht das Flugzeug Mach 1, benannt nach dem österreichischen Physiker Ernst Mach.

Sobald in diesem Ablauf der Überschreitung Schallwelle und Druckwelle eine Überschneidung erreichen, wird zu einem die Schallmauer durchbrochen und die Schockwelle erreicht zusammen mit der Druckwelle eine Geräusch. Der Überschallknall signalisiert die Grenze der Schallmauer und augenblicklich fliegt das Flugzeug in diesem Moment schneller als der Schall.

Alle Geschwindigkeiten die über der Grenze von 1.231 km/h liegen durchbrechen immer die Schallmauer und hier zeigen sich heute Geschwindigkeiten von Flugzeugen, die mittlerweile bis Mach 5 fliegen. Druckwelle und Schockwelle bilden die signifikante Schallmauer und die Schallmauer gilt als sich senkrecht ausbreitendes Phänomen der Physik. So ist auch die Temperatur ein weiterer Faktor zur Geschwindigkeit.
 

Welche Geschwindigkeit hat Schall im Vakuum?

Die Beantwortung der Frage ; "Welche Geschwindigkeit hat Schall im Vakuum?" ist recht einfach und sicher zu erläutern. Der Weltraum ist luftleer und besitzt damit ein Vakuum. Dieser luftleere Raum transportiert keine Schallwellen und es ist hier absolut still. Der Schall hat im Vakuum keine Geschwindigkeit und lässt sich somit mit dem Tool nicht berechnen.

Schall kann ohne Luft und die entsprechende Dichte der Luft nicht wandern und sich fort bewegen. Ein entsprechender versuch kann auch mit einem künstlich geschaffenen Vakuum erzeugt werden und in der Beantwortung dieser Frage stecken viele faszinierende Eigenschaften. Der Weltraum als luftleerer Raum ist genau solch ein Vakuum und ohne Luft kein Schall, dass ist der Grundsatz, mit dem diese Frage eindeutig geklärt ist.

Anders sind es mit einem Teilvakuum aus und die Berechnung des Schall und der entsprechenden Geschwindigkeit richtet sich als Faktor nach der Dichte der Luft Luftleere Räume sind also Schall absorbierend und so könnte man mit einem Vakuum völlig lautlose Räume erzeugen. Um es auf den Punkt zu bringen, Schall kann nur in Verbindung mit Luft wirken und sich bewegen.

Schallwellen haben Luft nötig um Geschwindigkeit zu erzielen und das Toll zur Berechnung der Schallgeschwindigkeit basiert auf diesen physikalischen Grundregeln und dem entsprechenden Wissen.
 

Welche Kräfte wirken bei der Schallgeschwindigkeit auf den Menschen?

Die Schallgeschwindigkeit bezeichnet die Zeit, welche ein Geräusch benötigt, um eine gewisse Distanz zu überbrücken und damit das Ohr eines Menschen zu erreichen. Sie liegt bei 343 m/sec und damit bei 1236 km/h.

Seit dem Ende des Zweiten Weltkrieges haben Menschen Flugkörper hergestellt und genutzt, welche die Schallgeschwindigieit errreichen und sogar übertreffen. Einige Resultate wurden hier deutlich:

Am Wichtigsten ist sicher die Detonationswelle. Sie wird auch als Schallmauer bezeichnet und wird den Insassen des Fluggeräts zumeist kaum bewusst. Allerdings bedeutet sie eine immense Belastung für Lebewesen am Boden: Das Durchbrechen der sogenannten Schallmauer führt zu einem gewaltigen Knall, der heute sogar zu nicht-tödlichen militärischen Aktionen genutzt wird.

Amerikanische Flugzeuge etwa im Kampf gegen Islamisten fliegen Stellungen muslimischer Terroristen an und beschleunigen dann im entscheidenden Moment auf Überschallgeschwindigkeit, so dass die mittelalterlich geprägten Krieger in Panik ihre Camps räumen: Ein Sieg ohne Tote.

Auf Menschen an Bord von Überschall-Flugzeugen, meist also Piloten von Kampfflugzeugen oder Raketen, wirken indes massive Kräfte ein: Die so genannten G-Kräfte, was "Gravitationskräfte" bedeutet. Ein Pilot eines rasch beschleunigenden Flugzeuges wie der F 22 oder dem Eurofighter kann hier in einer Kurve bei Beschleunigung G-Kräften von 7 oder 8 ausgesetzt sein, was dem entsprechenden Vielfachen der herkömmlichen Gravitation entspricht. Formel-1-Fahrer müssen maximal 6 G erdulden.

Ein erstaunliches Phänomen der Schallgeschwindigkeit ist letzten Endes der Doppler-Effekt: Die Tatsache, dass sich ein Objekt schneller als der Schall bewegt, führt letzten Endes dazu, dass zum Beispiel eine Rakete einschlagen kann, ehe man sie hört. Dies ist auch im Unterschallbereich zu bemerken, etwa, wenn eine Polizeisirene an Höhe zu verlieren scheint, wenn der Wagen am Hörenden vorbei gefahren ist.

Dieses Phänomen ist der Verzerrung der Luft, der Zeit und der Atmosphäre durch das Objekt und den Schall geschuldet und wird immer extremer, je schneller sich ein Objekt bewegt.
 

Die Frage wurde eingereicht.

Möchtest du über die Antwort informiert werden gib deine Emailadresse an.

Wir nutzen Google Produkte die Cookies setzen, mit der Nutzung der Seite stimmen Sie zu. mehr Infos