1000 Fragen Gibt es tatsächlich eine Schallmauer?

Flugzeuge und Peitschenhiebe haben etwas gemeinsam - sie können mit einem Knall die Schallmauer durchbrechen. Diesen Durchbruch kann man sogar hören. Aber wie muss man sich die Mauer vorstellen?


Erst ist es zu sehen, dann auch zu hören: Mit unglaublicher Geschwindigkeit rauscht ein Düsenjäger vorbei. Minuten später, der Flieger nur noch groß wie eine Fliege, dröhnt sein Schall in den Ohren. Der Düsenjet hat die Schallmauer durchbrochen. Doch gibt es wirklich eine Mauer? Kann man sie sogar sehen?

Kampfflugzeug (Typ F/A-18 Hornet): Mit Karacho durch das "Wolkenscheibchen"
REUTERS

Kampfflugzeug (Typ F/A-18 Hornet): Mit Karacho durch das "Wolkenscheibchen"

Es gibt tatsächlich eine Art Mauer in der Luft. Doch ist der Begriff als "Wand des Widerstands" einfacher zu erklären. Der Schall breitet sich im Raum stets kugelförmig aus. Ähnlich wie die Wellen, die ein Stein kreisfärmig erzeugt, der ins Wasser fällt. Nun sind Düsenjäger aber keine plumpen Steine, sondern Flugzeuge mit Hochgeschwindigkeit. Die Schallwellen, die vom Flugzeug davon rauschen, breiten sich zwar schnell, aber nicht rasant genug aus. Der Düsenjet holt langsam, aber sicher seinen eigenen Schall ein.

Während des Zweiten Weltkrieges waren bereits die ersten Flugzeuge ihrem Schall dicht auf den Fersen. Einzelne Typen konnten im Sturzflug Schallgeschwindigkeiten erreichen, die Schallmauer jedoch nicht durchbrechen. Das Problem: Je schneller das Flugzeug wird, desto mehr eigenen Schall schiebt es vor sich her. Die Luftströmung wird stärker, das Flugverhalten unkontrollierbar.

Nachprüfen lässt sich dieser Effekt mit einem Stift. Einfach ins Wasser getunkt, erzeugt er Kreise wie der Stein. Doch wird der Stift schnell durch das Wasser gezogen, ziehen die Wellen hinter ihm her, und vorn schäumt sich eine Bugwelle auf. Von oben betrachtet entsteht ein Bild wie ein Dreieck: Vorn beim Stift ist die Spitze, dahinter driften die Wellen davon.

Mit dem Schall verhält es sich genauso, nur dreidimensional: Er zieht in Kegelform hinter dem Flugzeug her. Und an der Spitze des Fliegers staut sich die Bugwelle - aus Luft.

Vergleichbar ist diese Phase mit einem gespannten Tuch, in das sich ein Finger bohrt: Erst straff und eben, bildet sich bei Druck mit dem Finger eine Wölbung im Tuch. Hinter der Wölbung fällt das Tuch kegelförmig ab. Kritisch wird es schließlich, wenn das Tuch reißt und der Finger durchstößt.

Der Durchbruch gelang 1947

Erstmals 1947 fand dieses Durchstoßen der "Luft-Bugwelle" dann auch tatsächlich statt. Das Raketenflugzeug Bell X-1 war nicht nur schnell - es war auch stabil. Der Widerstand in der Luft baute sich bis zu einem Tempo von 340 Metern pro Sekunde vor dem Raketenjet auf. Es wurde so schnell wie sein Schall. Mit einem Extraschub kam schließlich der gewünschte Effekt - der Flieger durchbohrte seine eigene Schallmauer.

Seitdem dröhnt es überall. Düsenjäger, Gewehrkugeln und auch Rotorblätter von Hubschraubern durchknattern täglich die Schallmauer. Zu hören ist der Knall immer, wenn ein Objekt mit Überschallgeschwindigkeit an unseren Ohren vorbeisaust - egal ob Flugzeug, Munition oder Peitsche.

Indiana Jones' Lieblingsspielzeug ist der älteste Schallmauerüberwinder überhaupt. Bei jedem Schlag schwappt der Schall wie eine Welle am Peitschenseil entlang. An der Spitze wird die Energie frei und knallt mit 0,0026 Sekunden auf eine Geschwindigkeit von Mach 2.

Der Begriff Mach 2 wird in der Luftfahrt genutzt. Er beschreibt die Geschwindigkeit eines Objekts gegenüber dem Schall. Bewegt es sich mit Mach 1, ist es genauso schnell wie die Ausbreitung des Schalls. Bewegt sich das Objekt jedoch schneller als Mach 1, zum Beispiel Mach 2, überholt es den Schall. Das Resultat: Überschallgeschwindigkeit.

Zu hören ist der Schall immer als lauter Knall, wenn der Düsenflieger an einem vorbeisaust und seinen eigenen "Knallkegel" hinter sich herzieht. Sehen kann man das Phänomen allerdings nicht - die Mauer bleibt unsichtbar.

Allerdings kann beim Fliegen ein interessanter Kondensationseffekt sichtbar werden. Ein Flugzeug, das noch weit unterhalb der Schallgeschwindigkeit fliegt, ist trotzdem hoher Luftströmung ausgesetzt. Auf geeigneter aerodynamischer Oberfläche, zum Beispiel auf der Tragfläche, kann die vorbei gleitende Luftströmung Überschallgeschwindigkeit erreichen.

An dieser Stelle bildet sich am Flugzeug eine Überschall-Schockwelle. Erhöht nun der Flieger seine Geschwindigkeit, erhöht sich auch die Strömung der Luft. Dadurch löst sich die Überschall-Schockwelle, und es entsteht schlagartig Unterdruck. Bei diesem plötzlichen Druckabfall kühlt sich die Luft in Sekundenschnelle ab. Durch diese Abkühlung kondensiert das Wasser in der Luft - es bildet sich eine milchige "Wolkenscheibe".

Von Marc Röhlig



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