Frage:

Warum knallt es, wenn ein Flugzeug die Schallmauer durchbricht?

Antwort:

Der Überschallknall eines Flugzeugs ist das Geräusch, das wir akustisch wahrnehmen, wenn die Stoßwelle, die durch die Bewegung eines Flugzeugs durch die Luft ausgelöst wird, unser Ohr erreicht.

Wie hat man sich dies vorzustellen? Die Luft ist ein Gas und besteht so aus vielen Molekülen mit einer gewissen Dichte. Bewegt sich nun ein Körper, z.B. ein Flugzeug, durch dieses Gas, so stößt dieser die Moleküle vor sich her, drängt sie zusammen und erzeugt eine sogenannte „Druckwelle“, d.h. eine sich ausbreitende lokale Verdichtung der Luft. Diese Druckwelle bewegt sich mit Schallgeschwindigkeit vor ihm fort, wobei die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls circa 343 Meter pro Sekunde beträgt. Bei einer Beschleunigung und Überschreitung der Schallgeschwindigkeit kann die Luft die Dichteschwankungen, die durch den bewegten Körper ausgelöst werden, nicht mehr schnell genug ausgleichen. Nun steigt die Dichte der Luft kegelförmig um das Objekt herum weiter an (Machscher Kegel). Diese starke Erhöhung der Dichte (Schallmauer) ist von uns als lauter Knall zu hören, sobald die so entstandene Stoßwelle uns erreicht. Aus demselben Grund hören wir auch einen lauten Knall, wenn wir eine Peitsche schlagen. Hier geht die Stoßwelle von der Spitze der Peitsche aus, die sich schneller als der Schall bewegt. Gewitterdonnern wiederum beruht auf Stoßwellen, die von sich rasch ausdehnender durch den Blitz erhitzter Luft ausgelöst werden.

Bemerkenswert ist auch, dass es im Raum hinter einem bewegten Objekt zu einem starken Rückgang des Luftdrucks und dadurch einer Abkühlung kommt. In Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit entsteht so Kondensationswasser, welches als Wolke sichtbar werden kann, z.B. an der Spitze der Peitsche an feuchten Tagen oder als Wolkenscheibe, die das Heck des Düsenjägers umgibt.