Warum ist die Schallgeschwindigkeit in Aluminium größer als in Eisen, obwohl Eisen eine größere Dichte besitzt?

3 Antworten

Voreiligerweise dachte ich zuerst, das sei deshalb so, weil bei Festkörpern außer der Dichte noch zwei andere Materialkennwerte daran beteiligt sind: der Elastizitätsmodul und die Poissonzahl (Querkontraktionszahl).

https://de.wikipedia.org/wiki/Schallgeschwindigkeit#Schallgeschwindigkeit_in_Festkörpern

Aber die Antwort von PWolff überzeugt mich doch mehr. (Denn die Dichte steht bei beiden Formeln für die Schallgeschwindigkeiten ja auch im Nenner.)

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So, ich habe nun ein paar Materialkennwerte für Al und verschiedene Sorten Fe in der Wikipedia nachgeschaut und die daraus folgenden theoretischen Schallgeschwindigkeiten berechnet. Das Ergebnis: Beide Wellentypen sind in Al auf jeden Fall schneller als in gewöhnlichem Eisen. Bei Stahl sieht es etwas anders aus (was zu vermuten war, denn da sorgt man bei etwa gleicher Dichte für eine erhöhte Festigkeit): Longitudinalwellen sind in Al auch schneller als in Stahl, nur ist der Unterschied kleiner. Transversalwellen können in Stahl jedoch noch ein wenig schneller sein als in Al. Fazit: Es kommt schon darauf an, um was für eine Legierung es sich jeweils handelt. Vermutlich kommt für Flugzeug-Aluminium auch nicht das Gleiche raus wie für Bierdosen-Aluminium.

Dichte ist ein ganz gutes Kriterium, wenn man verschiedene Aggregatzustände vergleicht (zB Luft und Wasser), aber innerhalb des gleichen Aggregatzustandes gelten andere Unterschiede.

Könnte es nicht auch sein, dass die Schallgeschwindigkeit in Aluminium größer ist, weil Aluminium die geringere Dichte besitzt? Wie ja auch die Schallgeschwindigkeit in Helium größer ist als in Luft.

Man kann die Wechselwirkung benachbarter Atome recht gut durch ein Federpendel annähern. Wodurch ist die Schwingungsdauer eines Federpendels bestimmt?