Frage von questionanswer7, 67

Wie hängt die Lautstärke des Überschallknalles mit der bewegten Masse zusammen?

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 51

Die Lautstärke hängt davon ab, wieviel Energie pro Wegstrecke in den Verdichtungsstoß "gepumpt" wird.

Die an die Luft im Verdichtungsstoß abgegebene Energie berechnet sich zu:

Delta E = Delta s * cw/2 * A * rho * v^2

In der Formel sehen wir, welche Faktoren die Lautstärke beeinflussen:

cw ist der Luftwiderstandsbeiwert des Flugzeuges im Überschallbereich. Je strömungsgünstiger das Flugzeug ist, umso kleiner ist cw und umso leiser ist der Knall.

A = Stirnfläche des Flugzeuges: je größer das Flugzeug umso größer die Stirnfläche und umso lauter der Knall

rho: Dichte der Luft. Je tiefer das Flugzeug fliegt, umso höher ist rho und umso lauter der Knall.

v^2: je schneller das Flugzeug umso lauter der Knall. 


Die Masse des Flugzeuges spielt keine Rolle.

Kommentar von Joochen ,

Wie definierst Du Delta E, Delta s?

Kommentar von Hamburger02 ,

Delta E / Delta s ist der Energieeintrag pro zurückgelegter Strecke. Die Einheit wäre J/m.
Eigentlich ist es genaugenommen diese Größe, die die Lautstärke bestimmt. Insofern ist meine Darstellung der Gleichung suboptimal, wenn ich das recht überlege. Besser wäre es, sie mit Delta E / Delta s =..... darzustellen.

Kommentar von questionanswer7 ,

Hallo

Vielen Dank. Nur noch eine Frage:
Wie soll die Geschwindigkeit die Lautstärke des Überschallknalles beeinflussen? Ist nicht die Beschleunigung während dem Überwinden der Schallmauer von Bedeutung?

Gruss

Kommentar von Hamburger02 ,

"Überwinden" findet nur in der Vorstellung statt. Da ist kein Hindernis in der Luft, der Pilot sieht es auch nur auf seinen Instrumenten, dass er über Mach 1 fliegt. Dafür wird auch keine besondere Beschleunigung benötigt.

Sobald die Schallgeschwindigkeit überschritten wird, kann die Luft gar nicht mehr so schnell ausweichen, wie das Flugzeug angerast kommt. Dadurch wird sie schlagartig komprimiert. Das nennt man Verdichtungsstoß. Vor und hinter dem Verdichtungsstoß herrscht unterschiedlicher Druck. Der Verdichtungsstoß breitet sich kegelförmig bis zum Boden aus und den schlagartigen Druckunterschied nehmen wir als Knall war.

Je schneller das Flugzeug fliegt, umso heftiger komprimiert es die Luft. Der Druckunterschied vor und hinter dem Verdichtungsstoß (oder im Verdichtungsstoß je nach Betrachrtungsweise) erhöht sich. Das kostet mehr Energie, macht aber auch einen lauteren Knall, da die Lautstärke vom Druckunterschied abhängig ist.

Antwort
von QFHFY, 67

Die gewandelte Energie errechnet sich aus der Formel die ich hier als Bild beigefügt habe. 

Vergrößert sich A; also die Stirnfläche des Flugzeugs; so steigt gleichermaßen auch die gewandelte Energie pro Wegstrecke. Ein größeres Flugzeug verdrängt mehr Luft, die alleinige Masse spielt hierbei keine Rolle.

Antwort
von Maimaier, 60

Die Masse spielt keine Rolle, nur die Form, da ja die verdrängte Luft den Knall macht. Also umso größer das Flugzeug, und umso schneller, umso lauter.

Kommentar von questionanswer7 ,

Hallo

Danke für die Antwort, die Frage sollte damit geklärt sein.
Es geht also um das Volumen des bewegten Körpers und somit um die Menge an verdrängter Luft.

LG

Kommentar von Maimaier ,

Die Wirbel tragen auch zum Knall bei, der Luftwiderstand (cw-Wert) spielt also auch eine Rolle, nicht nur das reine Volumen.

Kommentar von UlrichNagel ,

OK, man lernt nie aus, habe es nachgelesen. Die "Nachwehen" des mit mach fliegenden Flugzeugs, der konzentrierte Schallkegel, wird also auch als Knall beschrieben! Ich habe es immer nur als sehr lautes Geräusch vernommen!

Antwort
von Karl37, 27

Die Masse hat keinen Einfluss jedoch die Bezugsfläche, der an der Flugzeugnase für den Staudruck verantwortlich ist. Jetzt kann man natürlich sagen, eine größere Bezugsfläche hat auch ein größeres Flugzeug. Daher besteht ein indirekter Bezug, in die Rechnung geht das aber nicht ein.

Ein Flugzeug erzeugt Druckwellen, die am Boden als Schall hörbar sind , auch in Flugrichtung. Mit zunehmender Geschwindigkeit wird die Wellenlänge immer kürzer und am Bug baut sich eine besonders große Bugwelle auf, wenn Schallgeschwindigkeit und Flugzeuggeschwindigkeit gleich werden. Das nennt man dann die Schallmauer. Durchstößt das Flugzeug diese Schallmauer, dann bricht die Mauer sofort zusammen und es entsteht der Überschallknall am Boden. Passiert das in sehr großen Höhen, dann hört man am Boden nichts mehr.

Antwort
von ArchEnema, 58

https://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cberschallflug#.C3.9Cberschallknall

Mit Formel!

Fazit: Es hängt in erster Linie von der Form (Luftwiderstand) und Geschwindigkeit des Flugzeugs ab.

Kommentar von ArchEnema ,

Die (pro Zeiteinheit) bewegte Masse (der Luft!) ist natürlich auch kein falscher Ansatz. Läuft letztlich auf das Selbe hinaus.

Antwort
von Roderic, 40

Gar nicht.

Die Lautstärke hängt proportional davon ab, wieviel "Lärm" die Triebwerke beim Fliegen machen...

...und umgekehrt proportional davon, wie weit weg (hoch) das Flugzeug vom Hörenden ist.

Kommentar von Roderic ,

Ähm...

...das ist Humbug. Bitte ignorieren ;-)

Irren ist menschlich.

Kommentar von Roderic ,

Und mal davon abgesehen...

..wenn ich mir die Tags deiner Frage so ansehe, geht es dir wohl weniger um Flugzeuge sondern eher um Projektile bei Schusswaffen.

Seh ich das richtig?

Kommentar von questionanswer7 ,

Korrekt

Kommentar von Roderic ,

Stell die Frage erneut ein.

Kriegst sicher vom Hamburger noch eine Antwort, passend zu dem jetzt neuen Kontext deiner Frage.

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