Physik: Wie die Peitsche knallt

So vertraut das Phänomen, so vertrackt die Erklärung: Erst jüngst kamen Wissenschaftler dem Ursprung des Schalls auf die Spur, der von einer heftig bewegten Leine ausgeht

Eine Peitsche knallt, wenn

das Ende ihrer Schnur durch den Schlag auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird. Wie bei einem Jet entsteht beim Durchbrechen der Schallmauer eine Schockwelle.

Das jedenfalls war die herrschende Meinung der Physiker, seit der Franzose Z. Carrière im Jahre 1927 zum ersten Mal eine solche Schockwelle beim Peitschenknall nachweisen konnte.

Seit vier Jahren weiß man, dass diese Erklärung nicht ganz korrekt sein kann.

Schon 1998 hatten Peter Krehl und Stephan Engemann vom Ernst-Mach-Institut für Kurzzeitdynamik der Fraunhofer-Gesellschaft sowie Dieter Schwenkel von der Video Kommunikation GmbH erneut gemessen - diesmal mithilfe digitaler Hochgeschwindigkeitsfotografie. Dabei stellten sie fest, dass die Peitschenschnur - teilweise angetrieben bis zum 50 000fachen der Erdbeschleunigung - zum Zeitpunkt des Knalls an ihrem Ende bereits mehr als die doppelte Schallgeschwindigkeit erreicht hat.

Nun haben die amerikanischen Mathematiker Alain Goriely und Tyler McMillen von der University of Arizona in Tucson mithilfe eines einfachen physikalisch-mathematischen Modells nachgerechnet. Das erstaunliche Ergebnis:

Den Knall erzeugt eine Schlaufe in der Schnur. Diese wird durch eine spezielle Vorwärts-Rückwärts-Schlagbewegung hinter dem Peitschengriff erzeugt und läuft mit wachsender Geschwindigkeit auf das Schnurende zu. Die Schockwelle - und damit der Knall - entsteht, wenn die Schlaufe am Ende

der Schnur beim Öffnen die Schallmauer durchbricht - die Schnur hat hier im Scheitelpunkt der Schlaufe in diesem Moment schon die doppelte Schallgeschwindigkeit erreicht.

e2efd8dfa4107c0953c150691d408426
GEO Nr. 05/97
GEO.de Newsletter