Dass Schall langsamer ist als Licht, merken wir zum Beispiel bei Stadionkonzerten. Wenn wir weit hinten stehen, sehen wir die Leute vorn schon singen und klatschen, bevor wir sie hören. Aber wovon hängt die Schallgeschwindigkeit ab?
Schallwellen nehmen wir in bestimmten Frequenzbereichen als Geräusche wahr. Wir können den Schall hören. Bis zu unseren Ohren braucht der Schall aber eine gewisse Zeit. Dabei ist der Schall in allen Medien sehr viel langsamer als Licht. Während Licht in der Luft eine Geschwindigkeit von rund 300.000 Kilometern in der Sekunde hat, erreicht Schall gut 300 Meter in der Sekunde.
Wovon hängt die Schallgeschwindigkeit ab?
Aber die Schallgeschwindigkeit ist nicht immer gleich groß. Sie hängt von der Verformbarkeit und der Dichte der Luft ab. Die Dichte wiederum hängt von der Temperatur ab: Je wärmer es ist, desto kleiner ist die Dichte. Und je kleiner die Dichte ist, desto größer ist die Schallgeschwindigkeit.
Nun könnte man meinen, dass die hohe Schallgeschwindigkeit in warmer Luft auch damit zusammen hängt, dass sich die Teilchen in warmer Luft schneller bewegen, denn Temperatur ist ein anderer Ausdruck für Bewegungsenergie. Diese Bewegungsenergie hat aber keine Auswirkung auf den Schall, da diese Bewegungen völlig ungerichtet sind, während Schall eine gerichtete Bewegung ist. Bei dieser Bewegung werden die Teilchen in der Luft allerdings nicht weiter transportiert. Sie bewegen sich zwar hin und her und vermitteln den Schalldruck an die Nachbarteilchen, aber sie verlassen dabei den Ort nicht.
Wie rechnet man aus, wie weit ein Gewitter entfernt ist?
In den Lufttemperaturen, in denen wir leben, variiert die Schallgeschwindigkeit nur relativ wenig. Zumindest, solange wir keine Präzisionsmessungen machen möchten, können wir von einer gleichbleibenden Schallgeschwindigkeit von ungefähr 330 Metern in der Sekunde ausgehen. Damit kann man zum Beispiel ausrechnen, wie weit ein Gewitter entfernt ist. Dazu müssen wir die Zeit zwischen Blitz und Donner stoppen. Alle drei Sekunden entsprechen einem Kilometer. Wenn die Zeit zwischen Blitz und Donner neun Sekunden beträgt, ist das Gewitter also etwa drei Kilometer entfernt.
Auch in Festkörpern und in Flüssigkeiten kommt Schall vor. In Flüssigkeiten ist die Dichte ungefähr tausendmal so groß wie in der Luft. Insofern müsste der Schall hier eigentlich langsamer sein als in der Luft. Andererseits liegen die Teilchen in Flüssigkeiten aber viel näher aneinander. Dadurch sind die Kräfte, die ein Teilchen dem Nachbarteilchen mitteilt, sehr viel stärker und wirken über kürzere Abstände. Diese verstärkte Kopplungswirkung überwiegt und bewirkt, dass der Schall in Wasser fast fünfmal so groß ist wie in der Luft.
Wo ist der Schall am schnellsten?
Noch schneller ist der Schall allerdings in Festkörpern. Das Wissen darüber nutzten zum Beispiel Indigene in Amerika, um früher zu hören, ob sich Züge oder Menschen auf Pferden nähern. Dafür hielten sie die Ohren an die Schienen oder auf den Boden.
Diesen Text habe ich 2005 in etwas anderer Fassung ursprünglich für den WDR geschrieben.
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