Eh gut aufgepasst in Physik?

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LESEPROBE / WUNDERKAMMER NATUR

08/03/23 Feuer, Erde, Luft, Wasser – Plato hat sich die vier Urstoffe ausgedacht und in diese Reihenfolge gebracht. Ihm folgen zwei Physiker, die sich aufs griffige Erklären gut verstehen, anregend und in wenigen Sätzen. Leopold Mathelitsch, Christian B. Lang haben im Pustet Verlag das Buch Wunderkammer Natur herausgebracht. Für die Leseprobe haben wir etwas Salzburgisches gewählt: den Doppler-Effekt.

Von Leopold Mathelitsch und Christian B. Lang

Schall ist bewegte Luft, damit kann Schall auch durch Wind weitergetragen werden. Schall vermag sich außerdem zu verändern, dann nämlich, wenn sich die Schallquelle bewegt. Fährt ein Einsatzauto mit eingeschaltetem Folgetonhorn an einem vorbei, so ist der Ton beim nahenden Auto höher als beim sich entfernenden. Je schneller das Auto ist, desto größer ist der Unterschied.

Die Begründung wurde von einem Österreicher, dem Salzburger Christian Doppler (1803–1853), im Jahr 1842 gegeben. Er versuchte Astronomen zu erklären, dass bei Doppelsternen aufgrund ihrer relativen Bewegung zueinander Farbunterschiede zu erkennen sein müssten. Dieser Effekt der Rot- oder Blauverschiebung bei bewegten Lichtquellen sollte auch bei Schallwellen beobachtbar sein. Zu dieser Zeit gab es in Mitteleuropa noch nicht genügend schnelle Schallquellen, um den Effekt hörbar zu machen. Lediglich in England und Belgien existierten bereits Züge, an denen man diesen akustischen Zusammenhang testen konnte. Bewegt sich eine Schallquelle, so werden die Schallwellen in Bewegungsrichtung gestaucht; eine kleinere Wellenlänge bedeutet aber eine höhere Frequenz und damit einen höheren Ton. Entfernt sich die Quelle, stellt sich die Situation umgekehrt dar: Eine verlängerte Welle führt zu einem tieferen Ton. Übrigens gilt der Doppler-Effekt auch, wenn sich der Hörer relativ zur Schallwelle bewegt.

Was passiert, wenn sich die Schallquelle aber immer schneller bewegt? Die Schallwellen werden zunehmend stärker zusammengestaucht, bis sich die Quelle gleich schnell wie der Schall bewegt. Dann wird kein Schall mehr nach vorne abgestrahlt. Beim Durchschreiten der Schallgeschwindigkeit (Schallgrenze) wird der komprimierte Schall als Überschallknall vernommen.

Geschwindigkeiten jenseits der Schallgrenze sind ebenfalls nach einem Österreicher benannt, nämlich nach Ernst Mach (1838–1916). Die „Mach-Zahl“ gibt das Verhältnis der Geschwindigkeit zur Schallgeschwindigkeit an. So bedeutet Mach 1 die einfache und Mach 2 die doppelte Schallgeschwindigkeit.

Leopold Mathelitsch, Christian B. Lang: Wunderkammer Natur. Erstaunliche Phänomene – Feuer, Erde, Luft, Wasser. 184 Seiten, 29 €. Pustet verlag, Salzburg 2023 – www.pustet.at

Mit freundlicher Genehmigung des Pustet Verlags

Buchpräsentation morgen Donnerstag (9.3.) um 18 Uhr im Haus der Natur, Anmeldung erbeten an Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!