Boom! Es stellt sich heraus, dass der Ton sichtbar ist?

Gegen 00:07 Uhr am 3. November

Im Stadtgebiet von Pingdingshan, Henan, kam es plötzlich zu einem lauten Geräusch

Viele schlafende Bürger wurden geweckt

3. Morgen

Das Pingdingshan Emergency Management Bureau gab eine Erklärung zur relevanten Situation ab

Als Ursache wurde zunächst ein Überschallknall ermittelt.

Was ist ein Überschallknall?

Sind Überschallknalle gefährlich?

Was genau ist ein Überschallknall?

Überschallknall ist ein physikalisches Phänomen, das in der Natur auftritt.

Wir sehen oft, dass beim Segeln eines Motorboots im Wasser aufgrund der Wasserbewegungen während des Segelvorgangs Wasserwellen entstehen. Die Wasserwellen breiten sich in alle Richtungen rund um das Motorboot aus. Gleichzeitig sind auf beiden Seiten der Fahrtrichtung zwei dreieckige Wasserspuren zu erkennen, die nach außen drücken.

Bildquelle: China Science Expo

Wenn die Luft gestört wird, breitet sich der Schall in Wellenform wie Wasser nach außen aus, und dies ist eine Schallwelle. Wenn ein Flugzeug in der Luft fliegt, entstehen auch Störungen, und Störungen erzeugen auch Schallwellen in der Luft. Zu diesem Zeitpunkt breiten sich die Schallwellen in der Luft auch rund um das Flugzeug aus.

Bei einem Unterschallflug (Geschwindigkeit geringer als die Schallgeschwindigkeit) kann die Geschwindigkeit des Flugzeugs nicht mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen mithalten. Dabei breiten sich die Schallwellen, genau wie bei einem Motorboot im Wasser, in alle Richtungen in der Luft aus und gleichzeitig werden am Heck zwei dreieckige Luftströmungsspuren erzeugt (die farbigen Bänder am Heck, die wir während des Fluges sehen, sind Luftströmungsspuren).

Bildquelle: Screenshot des NetEase News-Videos

Wenn ein Flugzeug mit Schall- oder Überschallgeschwindigkeit fliegt, überlagern sich alle Schallwellen, da das Flugzeug schneller als die Schallgeschwindigkeit fliegt, und bilden an der Spitze und dem Vorsprung des Flugzeugs eine kegelförmige Stoßwelle. Im Sonderfall eines mit Schallgeschwindigkeit fliegenden Flugzeugs degeneriert die kegelförmige Stoßwelle zu einer ebenen Welle.

Sowohl konische als auch ebene Stoßwellen sammeln eine große Menge akustischer Energie. Wenn diese Energie die Ohren der Menschen am Boden erreicht, spüren die Trommelfelle den plötzlichen Anstieg des Luftdrucks, wodurch die Menschen eine kurze, extrem starke, donnernde Explosion spüren. Das ist ein Überschallknall.

Bildquelle: China Science Expo

Allgemein gesprochen

Beim Flug eines Überschallfahrzeugs entstehen häufig zwei Stoßwellen.

Eine Stoßwelle umhüllte die Vorderseite der Nase

Eine weitere Stoßwelle ist am hinteren Teil des Rumpfes

Sie breiten sich etwa zur gleichen Zeit auf dem Boden aus

und auf dem Boden reflektiert

Bildung einer N-förmigen reflektierten Stoßwelle

Wenn wir also einen Überschallknall erleben

Oftmals hört man zwei „Knallgeräusche“

Bildquelle: China Science Expo

Das Flugzeug zieht ein "Brautkleid" an - Überschallknallwolke

Da der Überschallknall durch den Hochgeschwindigkeitsflug des Flugzeugs entsteht, steigen Druck und Temperatur hinter der Stoßwelle an der Spitze des Flugzeugs an, hinter dem Heck des Flugzeugs entsteht jedoch ein Bereich mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck. Dadurch ändert sich der Zustand der Luft hinter dem Schweif, wodurch der Wasserdampf in der Luft unter den neuen Bedingungen kondensiert und Wolken entstehen. Dies wird oft als „Überschallknallwolke“ bezeichnet.

Bildquelle: China Science Expo

Die Überschallknallwolke ähnelt in ihrer Form einer konischen Stoßwelle, verläuft kegelförmig, senkrecht zum Rumpf des Flugzeugs und dauert normalerweise nur wenige Sekunden. Allerdings erzeugt nicht jedes Flugzeug während des Fluges eine Überschallknallwolke. Das Auftreten von Überschallknallwolken hängt nicht nur mit der Intensität der Stoßwellen zusammen, sondern auch eng mit den meteorologischen Bedingungen der umgebenden Luft. Daher können Überschallknallwolken nur unter bestimmten Wetterbedingungen auftreten.

Der Überschallknall eines Überschallbombers Quelle: Haining Science

Ein Kampfflugzeug hat gerade die Schallmauer durchbrochen. Quelle: Haining Science

Überschallknall im Leben

Tatsächlich kommt es in Parks häufig zu Überschallknallen. Viele ältere Menschen drehen gerne Kreisel, um fit zu bleiben, und die knackigen Knallgeräusche sind kleine Überschallknalle. Beobachtungen zufolge hat die Geschwindigkeit der Peitschenspitze beim Knallen der Peitsche die Schallgeschwindigkeit überschritten.

Quelle: Northern Morning News

Im Jahr 2002 veröffentlichte Physical Review Letters eine Analyse der Ursachen von Peitschen-Überschallknallen durch Forscher. Darin zeigte sich, dass die Geschwindigkeit der Peitschenhülle Mach 2 (doppelte Schallgeschwindigkeit) erreichen kann. Die Autoren berechneten, dass die Spitze Geschwindigkeiten erreichen könnte, die mehr als 30 Mal so hoch sind wie die Anfangsgeschwindigkeit der Peitsche.

Bildquelle: Smarter Every Day Peitschenscheide erzeugt Stoßwellen

Welche Gefahren birgt ein Überschallknall?

Der von einem Überschallflugzeug erzeugte Überschallknall hat eine große Ausbreitungsreichweite und eine sehr große Energie. Bei entsprechender Geschwindigkeit und Flughöhe sind entlang der Flugroute des Flugzeugs Überschallknalle zu hören.

Wenn ein Flugzeug beispielsweise mit doppelter Schallgeschwindigkeit und in einer Höhe von 3.000 Metern fliegt, können Menschen den Überschallknall in einer Reichweite von 60 Kilometern hören.

Wenn ein Flugzeug in geringer Höhe mit Überschallgeschwindigkeit fliegt, können die Menschen am Boden einen ohrenbetäubenden Lärm hören. In schweren Fällen kann es zu Glassplittern oder sogar zu Schäden an zerbrechlichen Gebäuden kommen.

Wenn wir den Druck des Überschallknalls in eine intuitivere Schallintensität umrechnen: 100 Pa Druck entsprechen ungefähr 133 Dezibel. Zu diesem Zeitpunkt ist der durch den Überschallknall verursachte Lärm noch immer sehr schädlich für den menschlichen Körper, insbesondere für das Trommelfell.

Wie lassen sich Überschallknalle vermeiden?

Die Entstehung von Überschallknallen wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst, beispielsweise von der Fluggeschwindigkeit, der Flughöhe, der Flugroute und den umgebenden Wetterbedingungen. Generell kann der Mensch Faktoren wie Fluggeschwindigkeit, Flughöhe und -route beeinflussen, nicht jedoch die Wetterbedingungen und Turbulenzen in Bodennähe.

Um den durch Flugzeugflüge verursachten Überschallknall zu eliminieren, konzentrieren sich wissenschaftliche Forscher derzeit vor allem auf die Konstruktion, Herstellung und Steuerung von Überschallflugzeugen. Dazu verbessern sie die aerodynamische Form des Flugzeugs, die Materialeigenschaften wichtiger Komponenten, die Leistung des Flugzeugschalldämpfers und installieren Schalldämmvorrichtungen.

Quelle: Institut für Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Haining Science Popularization, China Science Popularization Expo

Zusammengestellt von: Dong Xiaoxian

ENDE

Herausgeber: Muzi