Schallausbreitung

Unter Schallausbreitung (ca. 343 m/s in der Luft) versteht man die Übertragung von Schallsignalen durch ein materielles Medium in Form von elastischen Druckwellen durch dieses Medium.

Mit anderen Worten: Schall breitet sich von einem Ort zum anderen aus, aber immer durch ein materielles Medium wie Luft, Wasser oder Erde. Im Vakuum kann sich der Schall nicht ausbreiten, da es kein materielles Medium mit nennenswerter Dichte gibt.

In Luft breitet sich der Schall mit einer Geschwindigkeit von 340 Metern pro Sekunde aus (bei einem Druck von 1 atm, wobei sich diese Geschwindigkeit mit der Temperatur ändert. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Luft hängt auch vom Wind ab.
Die Ausbreitung des Schalls in Flüssigkeiten erfolgt in Form von Druckschwankungen. In festen Körpern geht die Schallausbreitung mit Veränderungen des Spannungszustands des Mediums einher.

Bei der Schallausbreitung handelt es sich um einen Energietransport ohne Materietransport in Form von mechanischen Wellen, die sich in fester, flüssiger oder gasförmiger Materie ausbreiten. Da die Schwingungen in der gleichen Richtung auftreten, in der sich der Schall ausbreitet, handelt es sich um eine Longitudinalwelle, die sich vom Ausgangspunkt aus in einer geraden Linie ausbreitet.

Physik

Schall ist eine Welle (in einem Medium) und viele seiner physikalischen Eigenschaften haben eine gewisse Analogie zum Licht.

Übertragung

Stahl ist ein sehr elastisches Medium, im Gegensatz zu Plastilin, das dies nicht ist. Weitere Einflussfaktoren sind Temperatur und Dichte.

Absorption

Das Schallabsorptionsvermögen eines Materials ist das Verhältnis zwischen der Energie, die es absorbiert, und der Energie, die es reflektiert, wenn der Schall auf das Material trifft. Der Wert schwankt zwischen 0 (alle Energie wird reflektiert) und 1 (alle Energie wird absorbiert).

Reflexion

Phänomen, bei dem eine Welle von einem nicht oder nur teilweise schallabsorbierenden Material reflektiert wird.

Ein Echo entsteht, wenn dieser Schall durch eine Konstante verändert wird, die zu einem Schall führt, der in einem dichteren Medium reflektiert wird und das Ohr einer Person mit einem Zeitunterschied von 0,1 Sekunden oder mehr gegenüber dem direkt von der Schallquelle empfangenen Schall erreicht.

Brechung

Wenn Schall von einem Medium in ein anderes übergeht, kommt es zur Brechung. Die Ablenkung der Welle hängt von der Ausbreitungsgeschwindigkeit im Medium ab.

In warmer Luft breitet sich der Schall schneller aus als in kalter Luft, da sich mit steigender Temperatur die Geschwindigkeit der Moleküle im Medium erhöht, was zu einer Zunahme der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit führt.

Streuung

Trifft der Schall auf ein Hindernis in seiner Ausbreitungsrichtung, tritt an der Kante des Hindernisses das Phänomen der Beugung auf, wobei ein kleiner Teil des Schalls eine Richtungsänderung erfährt und sich weiter ausbreiten kann.

Beugung

Der Schall breitet sich von einem Ort zum anderen aus, aber immer durch ein materielles Medium, wie Luft, Wasser oder Holz. Im Vakuum breitet sich der Schall nicht aus, da es kein materielles Medium gibt, durch das er sich ausbreiten kann. In Luft kann sich der Schall mit einer Geschwindigkeit von 343 m/s ausbreiten, aber das hängt von der Temperatur ab.

Geschwindigkeit

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen (Schallgeschwindigkeit) hängt von den Eigenschaften des Mediums ab, in dem sich die Schallwelle ausbreitet: Druck, Temperatur, Dichte, Feuchtigkeit.
Im Allgemeinen ist die Schallgeschwindigkeit in Festkörpern höher als in Flüssigkeiten und in Flüssigkeiten höher als in Gasen, was auf die Dichte der Teilchen zurückzuführen ist, die einen größeren Energieaustausch ermöglicht, wenn sie näher beieinander liegen.

Die Schallgeschwindigkeit in Luft (bei einer Temperatur von 20 °C) beträgt 343 m/s. Die von Newton aufgestellte und später von Laplace geänderte Gleichung zur Ermittlung der Schallgeschwindigkeit in Luft unter Berücksichtigung der Temperatur-Variablen lautet „331+(0,6 x Temperatur)“.
In Wasser (bei 35 °C) beträgt sie 1493 m/s (bei 22 °C) 1505 m/s.
In Holz sind es 3990 m/s.
In Beton beträgt sie 4000 m/s.
In Aluminium beträgt sie 5090 m/s.
In Glas beträgt sie 5190 m/s.
In Stahl beträgt sie 6099 m/s.

Donner

Bei einem Blitz wird die Luft schlagartig auf bis zu 30.000 °C erhitzt. Das den Blitzkanal schlauchförmig umhüllende Magnetfeld verhindert dabei die Ausdehnung der ionisierten und damit magnetisch beeinflussbaren Luftmoleküle. Die Folge ist ein extrem hoher Druck. Mit dem Ende des Leitblitzes und damit des Stroms bricht auch das Magnetfeld zusammen, und die heiße Luft dehnt sich explosionsartig aus, wodurch der Knall des Donners hervorgerufen wird.

Um bei einem Gewitter eine ungefähre Entfernungsangabe zu erhalten, kann die Zeit zwischen Blitz und Donner gemessen werden. Diese Zeit in Sekunden, multipliziert mit der Schallgeschwindigkeit (343 m/s), ergibt die Entfernung in Metern. Zum Beispiel: 3 Sekunden x 343 m/s = 1029 Meter, also etwa 1 Kilometer.