Wie ist Überschallgeschwindigkeit definiert?
Mir ist letztens mit einem Freund zusammen aufgefallen, dass das irgendwie gar nicht selbsterklärend ist. Wenn gesagt wird, ein Flugzeug fliegt mit Überschall, ist das ja keine feste Geschwindigkeit, sondern die Schallgeschwindigkeit hängt ja von der Luftdichte ab. Und die ist ja in höheren Schichten der Atmosphäre geringer, somit ist die Schallgeschwindigkeit höher? Oder stehe ich auf dem Schlauch?
5 Antworten
Nun ja, Überschallgeschwindigkeit ist definiert als das Verhältnis von Fluggeschwindigkeit zur Schallgeschwindigkeit in der jeweiligen Flughöhe.
Gemäß der ICAO-Standardatmosphäre liegt die Schallgeschwindigkeit in Meereshöhe bei 15 °C und 1.013,25 hPa bei etwa 344 m/s = 1.238,2 km/h.
Je höher ein Flugzeug fliegt, desto geringer wird die Luftdichte und umso kleiner wird der Geschwindigkeitswert. In 11 km Höhe liegt dieser bei etwa 295 m/s = 1.062 km/h.
Die Geschwindigkeit beim Überschallflug wird aber nicht im km/h oder Knoten angezeigt, sondern als "Machzahl", also als Verhältnis von Flug- zur jeweiligen Schallgeschwindigkeit.
Ein Flugzeug, dass in Bodennähe Mach 1 fliegt, sagen wir, ein Tornado, würde in 11 km Höhe schon mit Überschall fliegen.
Dazu hängt die Angabe auch noch von lokalen Gegebenheiten ab. Sieh dazu auch beim Deutschen Wetterdienst:
https://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/2018/8/9.html (Schallgeschwindigkeit)
https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/glossar.html?lv2=102248&lv3=102564 (ICAO-Standardatmosphäre)
Ja, das weiß ich natürlich; wenn ich meine Antwort nochmals durchlese, wird mir klar, dass ich mich unklar ausgedrückt habe. Die Temperatur bestimmt die Dichte und die Schallgeschwindigkeit ist in dichteren Medien wie Wasser oder Stahl etc. höher als z. B. in 11 km Flughöhe, wo Temperatur und Dichte geringer sind. Sorry for any inconvenience caused!
Du hast schon recht. Überschallgeschwindigkeit ist an verschiedenen Orten, vor allem in verschiedenen Höhen, unterschiedlich schnell. Der Punkt ist aber, dass etwas vollkommen Neues passiert, wenn ein Flugzeug, diese Geschwindigkeit erreicht (siehe das Bild unten). Wenn das Flugzeug schneller als Schallgeschwindigkeit erreicht, bildet sich die sogenannte Schallmauer: Die gesamte Energie des Schalls sammelt sich in einer Ebene. Dadurch wird der Schall gebündelt und erreicht den Betrachter mit einem Riesen Knall. Deshalb macht es Sinn, speziell von der Schallgeschwindigkeit zu reden, obwohl diese nicht überall gleich gross ist.
Überschallgeschwindigkeit ist dann, wenn eine Normale Schallwelle eingeholt wird
Ah ok. Also ist es jeweils unterschiedlich je nachdem in welcher Höhe?
Genau, in anderen höhen ist die Schallgeschwindigkeit höher und somit die überschallgeschwindigkeit auch
Deswegen wird das dann in Mach angegeben, die Machzahl berücksichtigt die einzelnen Faktoren, sodaß Mach 1 Schallgeschwidigkeit ist:
https://de.wikipedia.org/wiki/Mach-Zahl
Du wirst dann z.B. auch bei technischen Angaben sehen, daß die maximale Mach-Geschwidigkeit auf verschiedenen Diensthöhen angegeben wird, eben weil die Schallgeschwidigkeit mit steigender Höhe sinkt.
Überschall ist keine klare Einheit. Bei Jets zum Beispiel wird ja die Geschwindigkeit in Mach gemessen. 1 Mach sind 1234,8 km/h was wiederum Schallgeschwindigkeit ist bei einem bestimmten Luftdruck. Also du hast da schon recht.
Die Schallgeschwindigkeit hängt nicht von Druck oder Dichte ab, nur von der Temperatur. Jedenfalls für ideale Gase.