1
00:00:06,516 --> 00:00:10,243
Geschwindigkeit fasziniert
die Menschen seit Ewigkeiten.

2
00:00:10,243 --> 00:00:14,556
Der menschliche Fortschritt beruht
auf ständig steigender Geschwindigkeit

3
00:00:14,556 --> 00:00:18,451
und einer der wichtigsten Leistungen
in diesem historischen Wettlauf

4
00:00:18,451 --> 00:00:20,913
war das Durchbrechen der Schallmauer.

5
00:00:21,503 --> 00:00:24,871
Kurz nach den ersten erfolgreichen Flügen

6
00:00:24,871 --> 00:00:29,883
waren die Piloten begierig darauf,
ihre Flugzeuge immer schneller zu fliegen.

7
00:00:29,883 --> 00:00:32,384
Dabei verhinderten zunehmende Turbulenzen

8
00:00:32,384 --> 00:00:37,688
und auf das Flugzeug wirkende Kräfte
die weitere Beschleunigung.

9
00:00:37,688 --> 00:00:41,547
Manche versuchten das Problem
durch riskante Sturzflüge zu umgehen,

10
00:00:41,547 --> 00:00:43,925
die häufig tragisch endeten.

11
00:00:43,925 --> 00:00:47,550
Schließlich ermöglichte 1947
ein verbessertes Design,

12
00:00:47,550 --> 00:00:52,302
wie etwa das einstellbare Höhenleitwerk,
das Pendelhöhenleitwerk,

13
00:00:52,302 --> 00:00:55,521
einem amerikanischen Militärpiloten
namens Chuck Yeager

14
00:00:55,521 --> 00:01:03,591
das Flugzeug Bell X-1
mit 1127 km/h zu fliegen

15
00:01:03,591 --> 00:01:06,854
und als erster Mensch
die Schallmauer zu durchbrechen

16
00:01:06,854 --> 00:01:09,720
und sich schneller
als der Schall zu bewegen.

17
00:01:09,720 --> 00:01:13,929
Die Bell X-1 war das erste von vielen
nachfolgenden Überschallflugzeugen,

18
00:01:13,929 --> 00:01:17,913
die mit späterer Bauweise,
Geschwindigkeiten über Mach 3 erreichten.

19
00:01:17,913 --> 00:01:21,573
Flugzeuge mit Überschallgeschwindigkeit
erzeugen eine Druckwelle

20
00:01:21,573 --> 00:01:25,682
mit einem donnergleichen Lärm,
dem Überschallknall,

21
00:01:25,682 --> 00:01:29,079
der bei darunter befindlichen Menschen
und Tieren Schmerzen verursacht,

22
00:01:29,079 --> 00:01:30,950
oder sogar Gebäude beschädigt.

23
00:01:30,951 --> 00:01:35,265
Darum untersuchten Wissenschaftler
weltweit den Überschallknall,

24
00:01:35,265 --> 00:01:37,998
bemühten sich ihren Weg
in der Atmosphäre vorherzusagen,

25
00:01:37,998 --> 00:01:41,971
wo sie auftreffen
und wie laut sie sein werden.

26
00:01:41,971 --> 00:01:43,211
Um besser zu verstehen,


27
00:01:43,211 --> 00:01:45,700
wie Wissenschaftler
den Überschallknall untersuchen,

28
00:01:45,700 --> 00:01:48,298
beginnen wir mit Grundlagen des Schalls.

29
00:01:48,298 --> 00:01:51,931
Angenommen du wirfst einen
kleinen Stein in einen ruhigen Teich.

30
00:01:51,931 --> 00:01:53,177
Was siehst Du?

31
00:01:53,177 --> 00:01:55,065
Der Stein verursacht Wellen,

32
00:01:55,065 --> 00:01:58,770
die sich im Wasser in jede Richtung
mit derselben Geschwindigkeit ausbreiten.

33
00:01:58,770 --> 00:02:02,617
Die Kreise, deren Radius größer wird,
nennt man Wellenfronten.

34
00:02:03,487 --> 00:02:06,084
In ähnlicher Weise,
obwohl wir sie nicht sehen können,

35
00:02:06,084 --> 00:02:10,086
erzeugt eine feststehende Schallquelle,
wie eine Stereoanlage, Schallwellen,

36
00:02:10,086 --> 00:02:12,079
die sich nach außen fortpflanzen.

37
00:02:12,079 --> 00:02:14,660
Die Geschwindigkeit der Wellen
hängt von Faktoren ab,

38
00:02:14,660 --> 00:02:18,110
wie der Höhe und der Lufttemperatur,
durch die sie sich bewegen.

39
00:02:18,110 --> 00:02:24,183
Auf Meereshöhe bewegt sich Schall
mit ungefähr 1225 km/h.

40
00:02:24,183 --> 00:02:27,290
Aber statt Kreisen auf einer
zweidimensionalen Oberfläche

41
00:02:27,290 --> 00:02:30,642
sind die Wellenfronten nun
konzentrische Kugeln,

42
00:02:30,642 --> 00:02:32,991
wobei sich der Schall
an Strahlen längs bewegt,

43
00:02:32,991 --> 00:02:35,271
die lotrecht zu diesen Wellen verlaufen.

44
00:02:35,851 --> 00:02:40,006
Denke nun eine Schallquelle in Bewegung,
wie etwa eine Zugpfeife.

45
00:02:40,006 --> 00:02:43,034
Bewegt sich die Quelle
in eine bestimmte Richtung weiter,

46
00:02:43,034 --> 00:02:47,566
werden die fortlaufenden Wellen davor
dicht aneinander gepackt.

47
00:02:47,566 --> 00:02:52,636
Die größere Wellenfrequenz ist die Ursache
für den berühmten Doppler-Effekt,

48
00:02:52,636 --> 00:02:55,729
wobei näher kommende Objekte
in einer höheren Tonlage klingen.

49
00:02:55,729 --> 00:02:59,927
Aber solange sich die Quelle
langsamer als die Schallwellen bewegt,

50
00:02:59,927 --> 00:03:02,756
bleiben sie ineinander verschachtelt.

51
00:03:02,756 --> 00:03:07,771
Durchbricht ein Objekt die Schallmauer,
indem es schneller als der Schall ist,

52
00:03:07,771 --> 00:03:10,457
ändert sich das Bild dramatisch.

53
00:03:10,457 --> 00:03:13,090
Da es Schallwellen überholt,
die es ausgesendet hat,

54
00:03:13,090 --> 00:03:15,912
während es neue Wellen
am aktuellen Aufenthaltsort erzeugt,

55
00:03:15,912 --> 00:03:19,820
werden diese zusammen gezwungen,
einen Mach'schen Kegel zu bilden.

56
00:03:19,820 --> 00:03:22,808
Kein Ton ist zu hören, wenn es sich
einem Beobachter nähert,

57
00:03:22,808 --> 00:03:27,478
weil sich das schallerzeugende Objekt
schneller als der Schall bewegt,

58
00:03:27,478 --> 00:03:29,961
Erst nachdem sich das Objekt
vorbei bewegt hat,

59
00:03:29,961 --> 00:03:32,531
hört der Beobachter den Überschallknall.

60
00:03:33,051 --> 00:03:35,491
Dort wo der Mach'sche Kegel
auf den Boden trifft,

61
00:03:35,491 --> 00:03:37,007
bildet sich eine Hyperbel,

62
00:03:37,007 --> 00:03:41,306
indem es bei der Vorwärtsbewegung
eine Spur hinterlässt, die Schallschleppe.

63
00:03:41,306 --> 00:03:45,973
Dadurch lässt sich das Gebiet bestimmen,
das der Überschallknall getroffen hat.

64
00:03:45,973 --> 00:03:49,303
Wie findet man heraus,
wie stark ein Überschallknall sein wird?

65
00:03:49,303 --> 00:03:52,869
Das erfordert die berühmten
Navier-Stokes-Gleichungen zu lösen,

66
00:03:52,869 --> 00:03:56,265
um die Schwankungen
des Luftdrucks zu bestimmen,

67
00:03:56,265 --> 00:03:59,516
während das Überschallflugzeug
durch diese Luft fliegt.

68
00:03:59,516 --> 00:04:03,663
Das hat die als N-Welle bekannte
Drucksignatur zur Folge.

69
00:04:03,663 --> 00:04:05,603
Was hat es mit dieser Form auf sich?

70
00:04:05,603 --> 00:04:09,506
Der Überschallknall tritt auf, wenn es
eine plötzliche Druckänderung gibt

71
00:04:09,506 --> 00:04:11,918
und die N-Welle umfasst zwei Knalle:

72
00:04:11,918 --> 00:04:15,497
einen, bei dem ersten Druckanstieg
an der Flugzeugnase,

73
00:04:15,497 --> 00:04:18,349
und einen weiteren,
wenn das Heck den Schall überholt,

74
00:04:18,349 --> 00:04:21,017
und der Druck plötzlich
wieder normal wird.

75
00:04:21,017 --> 00:04:23,130
Das verursacht einen doppelten Knall,

76
00:04:23,130 --> 00:04:26,636
den das menschliche Ohr aber gewöhnlich
als einzelnen Knall wahrnimmt.

77
00:04:26,636 --> 00:04:29,878
In der Praxis können Computermodelle,
die diese Grundlagen anwenden,

78
00:04:29,878 --> 00:04:34,023
häufig Ort und Stärke des Überschallknalls

79
00:04:34,023 --> 00:04:37,626
für eingegebene Witterungsverhältnisse
und Flugbahnen vorherbestimmen.

80
00:04:37,626 --> 00:04:40,738
Es wird permanent geforscht,
um ihre Wirkungen abzuschwächen.

81
00:04:40,738 --> 00:04:45,809
Derweil bleiben Überschallflüge
über dem Land verboten.

82
00:04:45,809 --> 00:04:48,572
Ist der Überschallknall
eine kürzliche Schöpfung?

83
00:04:48,572 --> 00:04:50,088
Nicht unbedingt.

84
00:04:50,088 --> 00:04:52,516
Während wir versuchen
sie leiser zu machen,

85
00:04:52,516 --> 00:04:56,215
haben ein paar Tierarten
Überschallknalle zu ihrem Vorteil genutzt.

86
00:04:56,215 --> 00:04:59,578
Der riesige Diplodocus
konnte möglicherweise

87
00:04:59,578 --> 00:05:05,828
seinen Schwanz mit über 1200 km/h
schneller als den Schall knallen lassen,

88
00:05:05,828 --> 00:05:07,937
möglicherweise um Räuber abzuschrecken.

89
00:05:07,937 --> 00:05:12,667
Manche Krebsarten erzeugen unter Wasser
auch eine ähnliche Druckwelle,

90
00:05:12,667 --> 00:05:16,363
um Beute mit nur einem Peitschenknall
ihrer übergroßen Scheren

91
00:05:16,363 --> 00:05:19,593
aus der Entfernung zu betäuben
oder sogar zu töten.

92
00:05:19,593 --> 00:05:22,203
Während wir Menschen
große Fortschritte gemacht haben

93
00:05:22,203 --> 00:05:24,913
bei unserem unablässigen Streben
nach Geschwindigkeit,

94
00:05:24,913 --> 00:05:27,523
stellt sich heraus,
dass die Natur schneller war.