Was hat ein Peitschenhieb mit der Schallmauer zu tun?

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"Wolkenscheibeneffekt" beim Durchbrechen der Schallmauer

Fast jedem Jugendlichen ist heute bekannt – nicht zuletzt durch Kinofilme und Fernsehserien -, dass bei dem Durchbruch der Schallmauer ein scharfer Knall entsteht. Dass aber die Spitze einer Peitsche Überschallgeschwindigkeit erreicht, vermag sich kaum jemand vorzustellen.

Seit den Anfängen der Luftfahrt blieb die Schallmauer eine unüberwindbare Grenze für jedes Luftfahrzeug, auch wenn sie in der Theorie als bezwingbar galt. Während des zweiten Weltkrieges kamen einige Flugzeuge (Messerschmitt Me-163 oder die Lockheed "Lightning") nah an die Schallgrenze heran, konnten diese aber nicht durchbrechen, weil sich das Flugverhalten extrem verschlechterte. Schnell erkante man die Ursache dafür: Bei einer Geschwindigkeit an der Grenze der Schallmauer verändert sich die Luftströmung am Flugzeug, weil sich die Luft vor dem Flugzeug staut. Die älteren Flugzeuge waren dafür nicht konstruiert, um dieses Problem der Aerodynamik zu lösen. Erst 1947 bekam man die physikalischen Verhältnisse der veränderten Luftströmungen in Griff und hat mit dem Raketenflugzeug Bell X-1 die Schallmauer durchbrochen.

Die Mechanik einer durch einen Seil laufenden Welle beruht auf dem Prinzip der Lagrange'sche Bewegungsgleichung. Die kinetische Energie beschleunigt das freie Seilende in Bruchteilen einer Sekunde auf die Schallgeschwindigkeit und darüber. So entsteht der charakteristische Peitschenknall.

Die Überschallgeschwindigkeit bleibt nicht nur den Düsenjägern, Gewehrkugeln und der Peitsche vorbehalten; auch beim Hubschrauber, kurz bevor er aufzusteigen beginnt, hört man spezifisches Knattern, wenn die Enden der Rotorblätter Schallgeschwindigkeit erreicht und überschritten haben.

Dennoch lässt die Beschleunigung der Peitschenspitze die meisten Geschosse moderner Handfeuerwaffen hinter sich; in nur 0,0026 s erreicht sie eine Geschwindigkeit von Mach 2!