Die Schallgeschwindigkeit einfach erklärt

Die Geschwindigkeit, mit der sich Schallwellen in einem bestimmten Medium ausbreiten, wird in der Physik Schallgeschwindigkeit genannt. Die Schallgeschwindigkeit beeinflusst also, wie lange ein Geräusch von seiner Quelle bis zum Empfänger benötigt. Sie ist eine materialabhängige Größe. Den größten Einfluss auf die Schallgeschwindigkeit hat die Temperatur. Der Einfluss von Druck und Dichte des Materials ist dagegen vernachlässigbar gering.

Bei Gasen hat zudem die Masse der Teilchen einen wichtigen Einfluss auf die Schallgeschwindigkeit. Leichtere Teilchen lassen sich leichter bewegen. Somit können sich die Schallwellen schneller ausbreiten als bei schweren Teilchen. 

Heliumteilchen sind deutlich leichter als die Hauptbestandteile der Luft (Stickstoff und Sauerstoff). Aus diesem Grund ist die Schallgeschwindigkeit in Helium bei einer Temperatur von auch in etwa dreimal schneller als in der Luft. Das Einatmen von Helium sorgt durch die große Schallgeschwindigkeit dann für eine sehr piepsige Stimme. 

Auch im Wasser breitet sich der Schall deutlich schneller aus als in der Luft. Das liegt an der stärkeren Verbindung der Moleküle in Flüssigkeiten als in Gasen. In Metallen ist die Verbindung noch stärker als in Flüssigkeiten, weshalb die Schallgeschwindigkeit dort noch größer ist. 

Die Schallgeschwindigkeit besitzt das Formelzeichen und wird meist in der Einheit oder manchmal in angegeben.

Zum Berechnen der Schallgeschwindigkeit werden je nach Material verschiedene Formeln verwendet.

Falls angegeben ist, welche Strecke der Schall in welcher Zeit zurücklegt, lässt sich für alle Medien die Schallgeschwindigkeit mit berechnen. 

Schallgeschwindigkeit in Luft berechnen (Beispiel)

Die Schallgeschwindigkeit in Luft kann näherungsweise mit der folgenden Formel berechnet werden:

• Dabei ist die Temperatur der Luft in .

Diese Formel kann für Temperaturen zwischen und verwendet werden. Jedoch hat auch die Luftfeuchtigkeit einen Einfluss auf die Schallgeschwindigkeit. 

Um die Schallgeschwindigkeit in Luft zu berechnen, benötigen wir zunächst die Temperatur. Für eine Temperatur von können wir die Näherungsformel verwenden, da sich diese Temperatur im Geltungsbereich der Formel befindet. Dafür setzen wir diese Temperatur in für ein und erhalten:

Bei einer Lufttemperatur von breitet sich Schall mit einer Geschwindigkeit von rund aus.

Die Temperatur hat den größten Einfluss auf die Schallgeschwindigkeit. Bei höheren Temperaturen bewegen sich die Teilchen eines Stoffes schneller. Somit können sie die Schallschwingungen schneller an benachbarte Teilchen weitergeben. Die Schallgeschwindigkeit ist größer. 

Je höher die Temperatur, desto schneller der Schall.

Aus diesem Grund muss die Temperatur immer angegeben werden, wenn die Schallgeschwindigkeit angegeben wird. Die folgende Tabelle zeigt die Schallgeschwindigkeit bei verschiedenen Lufttemperaturen in und .

Im Vakuum existiert kein Schall und somit auch keine Schallgeschwindigkeit. Bei Schallwellen handelt es sich um Druckschwankungen, die ein Medium benötigen, um sich auszubreiten. Im Vakuum existieren keine Teilchen, weshalb sich Schallwellen nicht ausbreiten können. Laute Explosionen im Weltall aus Science-Fiction-Filmen sind physikalisch gesehen also falsch.

Bei Gewittern wird besonders deutlich, dass die Lichtgeschwindigkeit weitaus schneller ist als die Schallgeschwindigkeit. So breitet sich das Licht des Blitzes mit einer Geschwindigkeit von rund aus, während sich der Donner mit der Schallgeschwindigkeit von rund ausbreitet. Aus diesem Grund sehen wir den Blitz, bevor wir den Donner hören. Die Entfernung eines Gewitters kann mit diesem Wissen sehr schnell ermittelt werden. Dafür zählt man die Sekunden zwischen dem Sehen des Blitzes und dem Hören des Donners. Die Anzahl der Sekunden teilt man nun durch drei, da Schall in Luft etwa drei Sekunden für einen Kilometer benötigt. Das Ergebnis gibt die ungefähre Entfernung in Kilometern an.

Als Überschallgeschwindigkeit wird eine Geschwindigkeit, die größer als die Schallgeschwindigkeit ist, bezeichnet. Es existieren bereits Flugzeuge, die sich schneller als der Schall bewegen. Flugzeuge erzeugen durch ihre Motoren Schall, wenn sie fliegen. Sind sie langsamer als der Schall, breiten sich die Schallwellen ungehindert vor dem Flugzeug aus. Ist das Flugzeug nun jedoch schneller als der Schall, schiebt es den Schall sozusagen vor sich her. Diese Schallwellen können nicht ausweichen, werden zusammengedrückt, verdichten sich und türmen sich auf. Dies wird als Schallmauer bezeichnet. Fliegt nun ein Flugzeug mit Überschallgeschwindigkeit über uns, hören wir es vorher nicht, da der Schall zu langsam ist. Der Schall trifft uns dann gebündelt. Es knallt sehr laut. Im Flugzeug selbst ist der Knall nicht zu hören.