Schallgeschwindigkeit

Die Schallgeschwindigkeit, oft mit c oder a bezeichnet, ist die Geschwindigkeit, mit der Druck- bzw. Dichteänderungen in einem Medium als Schallwellen übertragen werden. Sie hängt von Medium und Zustand ab, insbesondere von Temperatur, Druck, Dichte und mechanischer Steifigkeit.

In Gasen ist sie stark temperaturabhängig. In trockener Luft bei 20 °C beträgt sie etwa 343 m/s; kältere Temperaturen senken sie, wärmere erhöhen sie. In festen und flüssigen Medien liegt sie deutlich höher: Wasser rund 1500 m/s, Stahl typischerweise mehrere tausend Meter pro Sekunde (ungefähr 5000–6000 m/s je nach Legierung).

Die physikalische Ursache ist die elastische Kopplung der Moleküle oder Teilchen, durch die Druckänderungen rasch weitergegeben werden. In idealisierten Gasen lässt sich die Geschwindigkeit nahe beschreiben durch c ≈ sqrt(γ · R · T / M), wobei γ das Verhältnis der spezifischen Wärmen, R die Gaskonstante, T die Temperatur und M die molare Masse des Mediums ist.

Der Begriff Mach-Zahl M = v / c dient zur Einordnung der Bewegung relativ zur Schallgeschwindigkeit: subsonisch (M < 1), transsonisch (ungefähr M ≈ 1), supersonisch (M > 1) und ab etwa M > 5 oft als hypersonisch bezeichnet.

Ohne Medium, wie im Vakuum, existiert kein Schall, da keine Ausbreitung von Druckwellen möglich ist. Anwendungen finden sich in Aerodynamik, Akustik, Sonar, Ultraschall und Materialwissenschaft, wo die Schallgeschwindigkeit als Kennwert für Eigenschaften des Mediums dient.