Der Doppler-Effekt

Schall besteht aus Verdichtungen und Verdünnungen von einem Medium. Stell dir Vibrationen vor, die sich verbreiten. Sie verbreiten sich durch die Luft wie Wellen. Wir können sie nicht sehen, aber hören. Hast du das gehört?

Die Tonhöhe der Sirene wurde niedriger, nachdem der Krankenwagen an uns vorbeigefahren ist! Natürlich wird der Ton schwächer, wenn der Krankenwagen weiter weg ist! Nein, nicht schwächer – niedriger. Ich meine mehr Bass. Und die Sirene klang höher, als sie näher kam.

Komisch. Wow! Hier kommt noch einer. Ja, die beiden haben richtig gehört. Wir nehmen Töne anders wahr, wenn sich der Abstand zwischen der Schallquelle und dem Zuhörer verändert.

Hier ist ein Krankenwagen. Die Sirene sendet Schallwellen aus, die sich in alle Richtungen ausbreiten. Die Schallwellen bewegen sich mit etwa 340 Meter pro Sekunde durch die Luft. Aber der Krankenwagen bewegt sich auch! Die Schallwellen vor dem Krankenwagen kommen einander näher.

Jede Welle ist ein bisschen kürzer. Eine kürzere Wellenlänge bedeutet eine höhere Frequenz. Und eine höhere Frequenz heißt eine höhere Tonlage! Nachdem der Krankenwagen den Zuhörer passiert hat, entfernen sich die Schallwellen wieder voneinander. Die Wellenlänge nimmt zu, und die Frequenz nimmt ab.

Wir hören einen niedrigeren Ton. Der Mann, der herausfand, wie sich Schallwellen beweglicher Quellen verhalten, hieß Christian Doppler. Doppler war ein österreichischer Mathematiker und Physiker, der im 19. Jahrhundert lebte. Dieses Phänomen wurde nach ihm als Doppler-Effekt benannt.

Hey! Und wie hört sich das für den Fahrer im Krankenwagen an? Der Fahrer weiß doch gar nicht, wo wir stehen und zuhören. Und der Ton verändert sich genau hier, wo wir sind! Eben!

Du bemerkst den Doppler-Effekt nur dann, wenn sich die Schallquelle relativ zu dir gesehen bewegt. Es kann die Schallquelle sein, die sich bewegt, oder du selbst. Wird der Abstand größer, fällt die Tonhöhe. Wird der Abstand kleiner, steigt die Tonhöhe. Doch der Fahrer bewegt sich genauso schnell und in dieselbe Richtung wie die Sirene.

Die Entfernung bleibt gleich. Der Krankenwagenfahrer nimmt den Doppler-Effekt also nicht wahr. Das war der kleine Bruder des Doppler-Effekts – der Überschallknall. Er kam von einem Flugzeug, das schneller flog als der Schall – einem Überschallflugzeug. Wenn ein Flugzeug schneller ist als der Schall, dann breiten sich die Schallwellen hinter ihm statt vor ihm aus.

Wenn du hier stehst und zuhörst, dann hörst du gar nichts, solange sich das Flugzeug direkt über deinem Kopf befindet. Aber was passiert jetzt? Jetzt hörst du den Klang verschiedener Schallwellen gleichzeitig. Das macht eine Menge Lärm – eben einen Überschallknall. Genau wie sich hinter einem Boot im Wasser Heckwellen bilden, baut sich hinter einem Überschallflugzeug eine Stoßwelle auf.

Sie besteht aus einer extremen Verdichtung gefolgt von einer extremen Verdünnung der Luft. Der Überschallknall rollt dann hinter dem Flugzeug her über den Boden. Wenn das Flugzeug in geringer Höhe fliegt, kann der Überschallknall so stark sein, dass Fenster zu Bruch gehen, und sogar Gebäude. Wenn mehrere Wellen gleichzeitig durch den gleichen Ort passieren und sich dabei gegenseitig beeinflussen, nennt man das Interferenz. Wenn die Wellen synchron verlaufen, also ein Wellenkamm auf einen anderen und ein Wellental auf ein anderes treffen, dann verstärken sich die Wellen gegenseitig.

Wir nennen das konstruktive Interferenz. Ein Überschallknall ist eine konstruktive Interferenz der Stoßwellen, die entstehen, wenn etwas schneller ist als der Schall. Schall steht im Zusammenhang mit Bewegung. Wenn sich eine Schallquelle relativ zu dir gesehen bewegt, dann hört sie sich anders an als eine, die von einer stationären Quelle aus entsteht. Aaaaaaaaaaaaaaaa!