Luftsäulen

Luftsäule bezeichnet in der Physik einen vertikalen Abschnitt der Luft, der als eigenständiges Medium betrachtet wird. Je nach Anwendung kann eine Luftsäule durch Geometrie eines Rohrs, eines Klangkörpers oder der Atmosphäre realisiert sein. Typisch sind Länge, Temperatur, Druck und Zusammensetzung der Luft, die sich auf Dichte und Schallgeschwindigkeit auswirken.

In der Akustik fungiert die Luftsäule als resonanter Klangkörper. Die Grundfrequenz hängt von der Säulenlänge sowie den Randbedingungen ab: Bei einer geschlossenen Endung liegt die Grundfrequenz ungefähr bei v/(4L), bei einer offenen Endung bei v/(2L), wobei v die Schallgeschwindigkeit in der Luft ist. Überharmonische Moden folgen entsprechend.

In der Meteorologie und Geophysik beschreibt der Begriff Luftsäule vertikale Abschnitte der Atmosphäre. Sie modellieren, wie Temperatur- und Feuchteprofile, Druck und Dichte sich mit der Höhe ändern. Vertikale Bewegungen, Stabilität und Schichtung beeinflussen Wetter- und Klimaprozesse. Messungen von Luftsäulenprofilen erfolgen durch Radiosonden, Lidar- oder Radarverfahren.

In der Technik finden sich Luftsäulen in Experimenten und Anwendungen, zum Beispiel in akustischen Demonstrationen, in Luftkanälen von Messaufbauten oder in Systemen, in denen Luft als Trägermedium dient. Das Konzept dient häufig der Illustration von Wellen, Resonanzen und volumetrischen Eigenschaften von Gasen.