Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

b Die Schallquelle ruht relativ zur Luft Der Beobachter bewegt sich mit der Geschwindigkeit v B zur Quelle hin. Da sich der Beobachter mit der Geschwindigkeit v B zur Schallgeschwindigkeit hinbewegt, läuft der Schall mit der Geschwindigkeit c + v B an ihm vorbei. Die Zahl der Wellenberge (Verdichtungen), die der Beobachter pro Sekunde wahrnimmt, die Frequenz f B also, ist daher größer, als wenn der Beobachter ruhen würde, denn der Schall be- wegt sich für ihn ja jetzt mit der Geschwindigkeit c + v B . Zwischen der Wellenlänge λ und der Frequenz f B besteht daher die Beziehung λ = ( c + v B )/ f B . Die Wellenlänge hängt andererseits mit der Frequenz f Q der Schallquelle durch die übliche Beziehung zusammen: λ = c / f Q . Setzt man beide Ausdrücke gleich und formt die Gleichung um, so erhält man fol- genden Zusammenhang zwischen f B und f Q : f B = f Q (1 + v a / c ) Bewegt sich der Beobachter von der Schallquelle weg, so muss man v B durch ( ‒ v B ) ersetzen. Die Formel gilt dann ebenfalls. Bewegt sich ein Beobachter auf die Schallquelle zu, so hört er einen höheren Ton als im Zustand der Ruhe. Bewegt sich der Beobachter von der Schallquelle weg, so hört er einen tieferen Ton. f B = f Q ( 1 + v B _ c ) f B = f q ( 1 ‒ v B _ c ) Bewegung zur Schallquelle hin Bewegung von der Schallquelle weg Bisher haben wir stillschweigend vorausgesetzt, dass die Geschwindigkeit v Q der Schallquelle kleiner ist als die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls. Ist dies nicht der Fall, dann überschneiden sich die Schallwellen und bilden eine „Stoß - welle“. Einen Knall kann man sich als einzelne Verdichtungswelle oder expandie- rende Kugelschale aus komprimierter Luft vorstellen. Die Luftteilchen sind auch hier weitgehend ortsfest und bewegen sich nur geringfügig hin und her. Das Ver- hältnis v / c = M nennt man Machzahl . Solche Wellen kann man häufig beobachten. Ein Wasservogel beispielsweise, der sich rascher bewegt als die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wasserwellen, bildet einen deutlich erkennbaren Machkegel auf der Wasseroberfläche, der durch die Wellenfront der Wasserwellen gebildet wird. Dasselbe geschieht am Bug und Heck von Überschallflugzeugen. Die Schallwellen werden vom Flugzeug mitgeführt. Da sich auf diesen kegelförmigen Wellen die Druckerhöhungen addieren, hört ein Be- obachter, über den eine Stoßwelle hinweg streicht, einen kurzen explosionsartigen Knall. Dieser kann Fensterscheiben zerbrechen und andere Schäden anrichten. Deshalb dürfen Überschallflüge nur über dem Meer oder über dünn besiedeltem Gebieten durchgeführt werden. bewegter Beobachter hört ... bewegter Beobachter hört ... ... höheren Ton (höhere Frequenz) ... niedrigeren Ton (niedrigere Frequenz) ruhende Schallquelle v v 65.1 An schnell fliegenden Flugzeugen kann der „Wolkenscheibeneffekt“ auftreten. Von den Flügelkanten geht eine Druckfront aus. An ihrer Hinterseite entsteht schlagartig ein Unterdruck, der durch adiabatische Abkühlung (s. Physik 5) zur Nebelbildung führt. v=c v<c v>c 65.2 Wenn sich eine Schallquelle schneller als der Schall bewegt, bildet die Einhüllende der Schallfronten den Machkegel. 65.3 Flugzeugmodell im Überschallwindkanal. Die Druckfronten der verdichteten Luft werden durch unterschiedlichen Brechungsindex bei richtiger Beleuchtung sichtbar. 65 | WELLEN Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv