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Grundwissen

Schallgeschwindigkeit

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Laufzeitmessungen sind eine einfache Methode zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit.
  • Die Schallgeschwindigkeit in Luft liegt im Bereich von \(c_{\rm{Schall}}=340\,\rm{\frac{m}{s}}\).
Aufgaben Aufgaben

Historische Messmethoden

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Abb. 1 Prinzip der Laufzeitmessung von Schall
Die Schallgeschwindigkeit wurde schon im 17. Jahrhundert grob durch eine Laufzeitmessung bestimmt. Dazu stellte man in einer bekannten, möglichst großen Entfernung eine Kanone auf einen Hügel, feuerte diese ab und maß vom Beobachtungspunkt aus die Zeit, die zwischen der Beobachtung des Lichtblitzes vom Mündungsfeuer und dem Hören des Kanonenschlags verstrich. Als ungefähren Wert erhielt man für die Schallgeschwindigkeit in Luft \(c_{\rm{Schall}}\approx 300\,\rm{\frac{m}{s}}\).

In der Nacht vom 22. Juni 1822 führten Alexander von HUMBOLDT, Gay-Lussac und Arago einen ähnlichen Versuch durch. Sie stellten jedoch auf zwei Hügeln in großer Entfernung voneinander je eine Kanone auf. Abwechselnd feuerte nun Kanone 1 und Kanone 2 während am Standort der anderen Kanone die Zeit zwischen der Beobachtung des Lichtblitzes vom Mündungsfeuer und dem Hören des Kanonenschlags gemessen wurde. So konnten die Experimentatoren den Einfluss des Windes auf das Versuchsergebnis "herausrechnen". Auf diese Art und Weise kamen sie zur einer Schallgeschwindigkeit von \(c_{\rm{Schall}}=341\,\rm{\frac{m}{s}}\). Dies liegt deutlich näher an den heute bestimmten Werten der Schallgeschwindigkeit.

Größenordnung der Schallgeschwindigkeit in Luft

Die Versuche von Humboldt lieferten gute Ergebnisse. Auch in heutigen Messungen erhält man unter ähnlichen Bedingungen Werte für die Schallgeschwindigkeit in Luft im Bereich von etwa \(340\,\rm{\frac{m}{s}}\). Mit diesem Wert kannst du auch in vielen Aufgaben rechnen, wenn keine anderen Werte angegeben sind um erhältst hinreichend genaue Ergebnisse.

Typische Schallgeschwindigkeit in Luft

Die Schallgeschwindigkeit in Luft liegt im Bereich von \[c_{\rm{Schall}}\approx 340\,\rm{\frac{m}{s}}\]

Genauere Messungen der Schallgeschwindigkeit

Mit modernen Gerätschaften lässt sich die Schallgeschwindigkeit in Luft mit wesentlich weniger Aufwand bestimmen. Maßgeblich trägt dazu bei, dass du bspw. mit deinem Smartphone Geräusche sehr gut zeitaufgelöst aufnehmen und analysieren kannst. So können auch geringe Laufzeiten bzw. Laufzeitunterschiede sehr genau bestimmt werden. Darüber hinaus besitzt man neben der Laufzeitmessung weitere, sehr elegante Methoden zur Messung von \(c_{\rm{Schall}}\). Einige dieser Versuche, die du auch selbst durchführen kannst, sind im Reiter Versuche erläutert.

Mit solchen Messungen kannst du auch zeigen, dass die exakte Schallgeschwindigkeit von verschiedenen Faktoren wie der Temperatur der Luft oder auch allgemein dem Ausbreitungsmedium abhängt.