P 163: Wenn es knallt und blitzt (K), aktualisiert am 21.3.

 dann ist etwas schneller als der Schall und schneller als das Licht unterwegs...

37. Schneller als Schall und Licht

37.1 Machscher Kegel

In der Simulation ( Dopplersimulation )  haben wir ja schon gesehen, dass sich die vom Sender ausgesandten Schallwellen regelrecht vor dem Sender aufstauen, wenn die Geschwindigkeit sich der Schallgeschwindigkeit annähert.

 

 Bei einem Flugzeug z.B. entstehen immer mehr Verwirbelungen und Stoßwellen, die den Luftwiderstand extrem steigern, so sehr, dass man von der "Schallmauer" spricht, die durchbrochen werden muss.

In der Tat, wenn das Flugzeug dann schneller als Schall ist, sinkt der Luftwiderstand gewaltig (ist aber immer noch größer aols bei v<c).

In diesem Geschwindigkeitsbereich bilden sich auch oft Kondensationskeime, so dass man vermeintlich die "Schallmauer" sehen kann...sind aber nur Wolken.

Ist nun v>c, so fliegt das Flugzeug dem eigenen Schall voraus (nur noch der direkt über die Kabine übertragenen Geräusche werden hörbar), die vorher ausgesandten Schallwellen überlagern sich längs eines Kegelmantels zu einer verstärkten Welle. Das nennt man den Machschen Kegel.

Hier die Zusammenfassung:

Physik libre

Man nennt übrigens das Verhältnis v/c  Mach , d.h. bei Mach 2 liegt doppelte Schallgeschwindigkeit vor.

Öffnungswinkel des Machschen Kegels:

 Das Flugzeug bewegt sich von links nach rechts. In Position A sendet es eine Schallwelle aus. Wenn das Flugzeug bei B ist (zurückgelegte Strecke ist v*t), dann ist die Schallwelle bei C angekommen (zurückgelegte Strecke ist c*t).

Den halben Öffnungswinkel α/2 lässt sich leicht über das rechtwinklige Dreieck ABC berechnen:

  sin (α/2) = Gegenkathete/Hypotenuse = (c*t) / (v*t)  = c/v

Ist v = 2c, so liegt ein Öffnungswinkel von 60° vor (nachrechnen!).

 

Bugwelle:

Ganz oft sieht man Bilder von schwimmenden Enten. Die Wellenformation, die man da sieht sind sog.Bugwellen. Da überlagern sich Wasserwellen unterschiedlicher Geschwindigkeiten und Wellenlängen. Der Öffnungswinkel einer Bugwelle ist immer etwa 19° und unabhängig von der Geschwindigkeit.

 

 Sehr schön wird das hier in diesem Video erklärt (nicht abitur-, oder klausurrelevant)

Was passiert mit dem Öffnungswinkel eines Machschen Kegels, wenn das Flugzeug schneller wird?

 Überschallknall:

Wenn der Machsche Kegel über den Erdboden streicht, dann hören wir einen lauten Ton.

 

Oft gibt es sogar zwei Kegel, einen von der Vorderseite und einen von der Rückseite des Flugzeuges...Dann knallt es zweimal...Bumm...Bumm..

biologie.de

 

 Nun haben wir gelernt, was passiert, wenn ein Sender schneller ist als die Welle...

Was passiert bei Licht?

Gibt es Lichtquellen, die schneller als Licht sind????