WEBVTT

00:00:06.516 --> 00:00:10.243
Geschwindigkeit fasziniert
die Menschen seit Ewigkeiten.

00:00:10.243 --> 00:00:14.556
Der menschliche Fortschritt beruht
auf ständig steigender Geschwindigkeit

00:00:14.556 --> 00:00:18.451
und einer der wichtigsten Leistungen
in diesem historischen Wettlauf

00:00:18.451 --> 00:00:20.913
war das Durchbrechen der Schallmauer.

00:00:21.503 --> 00:00:24.871
Kurz nach den ersten erfolgreichen Flügen

00:00:24.871 --> 00:00:29.883
waren die Piloten begierig darauf,
ihre Flugzeuge immer schneller zu fliegen.

00:00:29.883 --> 00:00:32.384
Dabei verhinderten zunehmende Turbulenzen

00:00:32.384 --> 00:00:37.688
und auf das Flugzeug wirkende Kräfte
die weitere Beschleunigung.

00:00:37.688 --> 00:00:41.547
Manche versuchten das Problem
durch riskante Sturzflüge zu umgehen,

00:00:41.547 --> 00:00:43.925
die häufig tragisch endeten.

00:00:43.925 --> 00:00:47.550
Schließlich ermöglichte 1947
ein verbessertes Design,

00:00:47.550 --> 00:00:52.302
wie etwa das einstellbare Höhenleitwerk,
das Pendelhöhenleitwerk,

00:00:52.302 --> 00:00:55.521
einem amerikanischen Militärpiloten
namens Chuck Yeager

00:00:55.521 --> 00:01:03.591
das Flugzeug Bell X-1
mit 1127 km/h zu fliegen

00:01:03.591 --> 00:01:06.854
und als erster Mensch
die Schallmauer zu durchbrechen

00:01:06.854 --> 00:01:09.720
und sich schneller
als der Schall zu bewegen.

00:01:09.720 --> 00:01:13.929
Die Bell X-1 war das erste von vielen
nachfolgenden Überschallflugzeugen,

00:01:13.929 --> 00:01:17.913
die mit späterer Bauweise,
Geschwindigkeiten über Mach 3 erreichten.

00:01:17.913 --> 00:01:21.573
Flugzeuge mit Überschallgeschwindigkeit
erzeugen eine Druckwelle

00:01:21.573 --> 00:01:25.682
mit einem donnergleichen Lärm,
dem Überschallknall,

00:01:25.682 --> 00:01:29.079
der bei darunter befindlichen Menschen
und Tieren Schmerzen verursacht,

00:01:29.079 --> 00:01:30.950
oder sogar Gebäude beschädigt.

00:01:30.951 --> 00:01:35.265
Darum untersuchten Wissenschaftler
weltweit den Überschallknall,

00:01:35.265 --> 00:01:37.998
bemühten sich ihren Weg
in der Atmosphäre vorherzusagen,

00:01:37.998 --> 00:01:41.971
wo sie auftreffen
und wie laut sie sein werden.

00:01:41.971 --> 00:01:43.211
Um besser zu verstehen,


00:01:43.211 --> 00:01:45.700
wie Wissenschaftler
den Überschallknall untersuchen,

00:01:45.700 --> 00:01:48.298
beginnen wir mit Grundlagen des Schalls.

00:01:48.298 --> 00:01:51.931
Angenommen du wirfst einen
kleinen Stein in einen ruhigen Teich.

00:01:51.931 --> 00:01:53.177
Was siehst Du?

00:01:53.177 --> 00:01:55.065
Der Stein verursacht Wellen,

00:01:55.065 --> 00:01:58.770
die sich im Wasser in jede Richtung
mit derselben Geschwindigkeit ausbreiten.

00:01:58.770 --> 00:02:02.617
Die Kreise, deren Radius größer wird,
nennt man Wellenfronten.

00:02:03.487 --> 00:02:06.084
In ähnlicher Weise,
obwohl wir sie nicht sehen können,

00:02:06.084 --> 00:02:10.086
erzeugt eine feststehende Schallquelle,
wie eine Stereoanlage, Schallwellen,

00:02:10.086 --> 00:02:12.079
die sich nach außen fortpflanzen.

00:02:12.079 --> 00:02:14.660
Die Geschwindigkeit der Wellen
hängt von Faktoren ab,

00:02:14.660 --> 00:02:18.110
wie der Höhe und der Lufttemperatur,
durch die sie sich bewegen.

00:02:18.110 --> 00:02:24.183
Auf Meereshöhe bewegt sich Schall
mit ungefähr 1225 km/h.

00:02:24.183 --> 00:02:27.290
Aber statt Kreisen auf einer
zweidimensionalen Oberfläche

00:02:27.290 --> 00:02:30.642
sind die Wellenfronten nun
konzentrische Kugeln,

00:02:30.642 --> 00:02:32.991
wobei sich der Schall
an Strahlen längs bewegt,

00:02:32.991 --> 00:02:35.271
die lotrecht zu diesen Wellen verlaufen.

00:02:35.851 --> 00:02:40.006
Denke nun eine Schallquelle in Bewegung,
wie etwa eine Zugpfeife.

00:02:40.006 --> 00:02:43.034
Bewegt sich die Quelle
in eine bestimmte Richtung weiter,

00:02:43.034 --> 00:02:47.566
werden die fortlaufenden Wellen davor
dicht aneinander gepackt.

00:02:47.566 --> 00:02:52.636
Die größere Wellenfrequenz ist die Ursache
für den berühmten Doppler-Effekt,

00:02:52.636 --> 00:02:55.729
wobei näher kommende Objekte
in einer höheren Tonlage klingen.

00:02:55.729 --> 00:02:59.927
Aber solange sich die Quelle
langsamer als die Schallwellen bewegt,

00:02:59.927 --> 00:03:02.756
bleiben sie ineinander verschachtelt.

00:03:02.756 --> 00:03:07.771
Durchbricht ein Objekt die Schallmauer,
indem es schneller als der Schall ist,

00:03:07.771 --> 00:03:10.457
ändert sich das Bild dramatisch.

00:03:10.457 --> 00:03:13.090
Da es Schallwellen überholt,
die es ausgesendet hat,

00:03:13.090 --> 00:03:15.912
während es neue Wellen
am aktuellen Aufenthaltsort erzeugt,

00:03:15.912 --> 00:03:19.820
werden diese zusammen gezwungen,
einen Mach'schen Kegel zu bilden.

00:03:19.820 --> 00:03:22.808
Kein Ton ist zu hören, wenn es sich
einem Beobachter nähert,

00:03:22.808 --> 00:03:27.478
weil sich das schallerzeugende Objekt
schneller als der Schall bewegt,

00:03:27.478 --> 00:03:29.961
Erst nachdem sich das Objekt
vorbei bewegt hat,

00:03:29.961 --> 00:03:32.531
hört der Beobachter den Überschallknall.

00:03:33.051 --> 00:03:35.491
Dort wo der Mach'sche Kegel
auf den Boden trifft,

00:03:35.491 --> 00:03:37.007
bildet sich eine Hyperbel,

00:03:37.007 --> 00:03:41.306
indem es bei der Vorwärtsbewegung
eine Spur hinterlässt, die Schallschleppe.

00:03:41.306 --> 00:03:45.973
Dadurch lässt sich das Gebiet bestimmen,
das der Überschallknall getroffen hat.

00:03:45.973 --> 00:03:49.303
Wie findet man heraus,
wie stark ein Überschallknall sein wird?

00:03:49.303 --> 00:03:52.869
Das erfordert die berühmten
Navier-Stokes-Gleichungen zu lösen,

00:03:52.869 --> 00:03:56.265
um die Schwankungen
des Luftdrucks zu bestimmen,

00:03:56.265 --> 00:03:59.516
während das Überschallflugzeug
durch diese Luft fliegt.

00:03:59.516 --> 00:04:03.663
Das hat die als N-Welle bekannte
Drucksignatur zur Folge.

00:04:03.663 --> 00:04:05.603
Was hat es mit dieser Form auf sich?

00:04:05.603 --> 00:04:09.506
Der Überschallknall tritt auf, wenn es
eine plötzliche Druckänderung gibt

00:04:09.506 --> 00:04:11.918
und die N-Welle umfasst zwei Knalle:

00:04:11.918 --> 00:04:15.497
einen, bei dem ersten Druckanstieg
an der Flugzeugnase,

00:04:15.497 --> 00:04:18.349
und einen weiteren,
wenn das Heck den Schall überholt,

00:04:18.349 --> 00:04:21.017
und der Druck plötzlich
wieder normal wird.

00:04:21.017 --> 00:04:23.130
Das verursacht einen doppelten Knall,

00:04:23.130 --> 00:04:26.636
den das menschliche Ohr aber gewöhnlich
als einzelnen Knall wahrnimmt.

00:04:26.636 --> 00:04:29.878
In der Praxis können Computermodelle,
die diese Grundlagen anwenden,

00:04:29.878 --> 00:04:34.023
häufig Ort und Stärke des Überschallknalls

00:04:34.023 --> 00:04:37.626
für eingegebene Witterungsverhältnisse
und Flugbahnen vorherbestimmen.

00:04:37.626 --> 00:04:40.738
Es wird permanent geforscht,
um ihre Wirkungen abzuschwächen.

00:04:40.738 --> 00:04:45.809
Derweil bleiben Überschallflüge
über dem Land verboten.

00:04:45.809 --> 00:04:48.572
Ist der Überschallknall
eine kürzliche Schöpfung?

00:04:48.572 --> 00:04:50.088
Nicht unbedingt.

00:04:50.088 --> 00:04:52.516
Während wir versuchen
sie leiser zu machen,

00:04:52.516 --> 00:04:56.215
haben ein paar Tierarten
Überschallknalle zu ihrem Vorteil genutzt.

00:04:56.215 --> 00:04:59.578
Der riesige Diplodocus
konnte möglicherweise

00:04:59.578 --> 00:05:05.828
seinen Schwanz mit über 1200 km/h
schneller als den Schall knallen lassen,

00:05:05.828 --> 00:05:07.937
möglicherweise um Räuber abzuschrecken.

00:05:07.937 --> 00:05:12.667
Manche Krebsarten erzeugen unter Wasser
auch eine ähnliche Druckwelle,

00:05:12.667 --> 00:05:16.363
um Beute mit nur einem Peitschenknall
ihrer übergroßen Scheren

00:05:16.363 --> 00:05:19.593
aus der Entfernung zu betäuben
oder sogar zu töten.

00:05:19.593 --> 00:05:22.203
Während wir Menschen
große Fortschritte gemacht haben

00:05:22.203 --> 00:05:24.913
bei unserem unablässigen Streben
nach Geschwindigkeit,

00:05:24.913 --> 00:05:27.523
stellt sich heraus,
dass die Natur schneller war.