Wussten Sie…
Wo ist die Schallgeschwindigkeit am größten?
Kurze Antwort
Die Schallgeschwindigkeit ist in Feststoffen größer als in Flüssigkeiten und in Flüssigkeiten größer als in Gasen: etwa 5.900 m/s in Stahl, 1.480 m/s in Wasser und 343 m/s in Luft bei 20 °C. In der Luft hängt sie von der Temperatur ab, nicht vom Druck: In der Tropopause sinkt sie bei -56,5 °C auf etwa 295 m/s.

Steifer, schneller
Schall ist eine Druckwelle, die durch Teilchen übertragen wird, die gegen ihre Nachbarn drücken. Seine Geschwindigkeit hängt von zwei Dingen ab: wie stark das Medium einer Kompression widersteht (seine Steifigkeit oder Kompressionsmodul) und wie viel Masse bewegt werden muss (seine Dichte). Je steifer und weniger dicht ein Medium ist, desto schneller breitet sich die Welle aus. Deshalb leitet Stahl, der sehr steif ist, Schall mit etwa 5.900 Metern pro Sekunde; Wasser mit etwa 1.480; und Luft, die stark komprimierbar ist, mit 343 Metern pro Sekunde bei 20 °C. Die Intuition, dass dichte Luft „besser leitet“, ist falsch: Entscheidend ist das Verhältnis zwischen Steifigkeit und Dichte, nicht die Dichte allein.
In der Luft entscheidet die Temperatur
In einem idealen Gas steigen Steifigkeit und Dichte gemeinsam mit dem Druck, sodass sich der Druck heraushebt und die Schallgeschwindigkeit nur von der absoluten Temperatur und der Zusammensetzung des Gases abhängt. In trockener Luft beträgt sie bei 0 °C etwa 331 m/s und steigt pro Grad um etwa 0,6 m/s. Bei 40 °C liegt sie bei rund 355 m/s; in der Tropopause der Standardatmosphäre, bei 11.000 m und -56,5 °C, sinkt sie auf 295 m/s. Dieser Abfall erklärt, warum ein mit 850 km/h fliegendes Verkehrsflugzeug bei etwa Mach 0,8 liegt: Der Referenzwert, der die Mach-Zahl definiert, ist in großer Höhe kleiner. Auch die Zusammensetzung spielt eine Rolle: In Helium, das leicht und einatomig ist, bewegt sich der Schall mit fast 1.000 m/s, weshalb das Einatmen die Stimme höher klingen lässt; in Schwefelhexafluorid, viel schwerer, sinkt sie auf etwa 130 m/s.
Was das für ein Flugzeug bedeutet
Die lokale Schallgeschwindigkeit bestimmt die Mach-Zahl, und die Mach-Zahl bestimmt den Beginn von Stoßwellen, Wellenwiderstand und Buffeting. Dasselbe Flugzeug befindet sich bei gleicher wahrer Fluggeschwindigkeit in kalter Luft in großer Höhe näher am transsonischen Bereich als in warmer Luft auf Meereshöhe. Deshalb wurden historische Überschalltests, wie die der Bell X-1 im Jahr 1947, in großer Höhe durchgeführt: Kalte Luft senkt die Geschwindigkeit, die nötig ist, um Mach 1 zu überschreiten, und die geringere Dichte verringert die Belastung der Zellenstruktur. Die Instrumente eines Strahlflugzeugs berechnen die Mach-Zahl fortlaufend aus der von einer Sonde an der Nase gemessenen Gesamtlufttemperatur.
Andere Medien in der Luftfahrt
Schall breitet sich auch durch das Metall des Flugzeugs selbst aus, und diese weitaus höhere Geschwindigkeit bildet die Grundlage für die Ultraschallprüfung von Stringern und Nietverbindungen: Ein ausgesendeter Impuls und sein Echo brauchen Mikrosekunden, um die Dicke eines Bauteils zu durchlaufen, und jeder Riss verrät sich durch eine frühe Reflexion. Im Meerwasser, mit etwa 1.500 m/s, verlassen sich Seeaufklärungsflugzeuge auf Sonobojen und Sonare. Je nachdem, wo man hinschaut, ist dasselbe physikalische Phänomen also in der Kabine langsam, im Flügel schnell und unter dem Meer noch schneller.
Weitere Fragen

Physik des Fliegens
Warum konnte ein Corsair-Pilot beim Durchstarten nach einer fehlgeschlagenen Trägerlandung nicht Vollgas geben?
Weil die Corsair bei niedriger Geschwindigkeit und hoher Leistung durch das Propellerdrehmoment plötzlich und fast ohne Vorwarnung die linke Tragfläche… mehr…

Physik des Fliegens
Was bedeutete der Ausdruck „Banking with intent to turn" unter F-104-Piloten?
Es war ein Scherz unter kanadischen F-104-Piloten: ein Kurvenflug „with intent to turn" bezog sich auf die schlechte Kurvenleistung bei niedriger… mehr…

Julian Herzog (Website) (CC BY), vía commons Physik des Fliegens
Was ist der „Flugbereichsschutz", den der A320 als Erster einführte?
Eine Reihe von Grenzen, die in die Flugsteuerungssoftware eingebettet sind: Sie berechnet den Flugbereich, fügt eine Sicherheitsmarge hinzu und verhindert… mehr…

Julian Herzog (Website) (CC BY), vía commons Physik des Fliegens
Wofür ist das SHARP-Paket des A320?
SHARP (SHort AiRfield Package) verbessert die Start- und Landeleistung auf kurzen Start- und Landebahnen und soll den Auftrieb bei niedriger Geschwindigkeit… mehr…

Physik des Fliegens
Welcher Mangel besiegelte das Schicksal des Ganzmetall-Jägers V-141 von Vought?
Es war kein einzelner Mangel: Tests zeigten, dass die V-141 weiterhin schlecht flog, zum Trudeln neigte und zusätzlich unter Heckflattern litt, weshalb sie… mehr…

Physik des Fliegens
Welchen Windkanal nutzte die NACA zur Untersuchung der Corsair, und wie groß war er?
Der originalgroße 30- by 60-Foot Tunnel am Langley Research Center in Hampton, Virginia. Die NACA weihte die Anlage am 27. Mai 1931 ein und testete dort die… mehr…