Stoßwelle

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USS Iowa (BB-61) feuert eine 2/3 Breitseite während einer Zielübung nahe der Insel Vieques (Puerto Rico) am 1. Juli 1984

Eine Stoßwelle (engl. shock wave), auch Schockwelle oder Knallwelle, ist in der Strömungslehre eine starke Druckwelle, die durch Detonationen oder andere Phänomene erzeugt wird, bei denen Teile des Mediums schneller bewegt werden als die Geschwindigkeit des Schalls in dem Medium. An der Wellenfront ändern sich, im Gegensatz zu normalen Schallwellen, die Zustandsgrößen nahezu sprunghaft.

Entstehung und grundlegende Eigenschaften

Eine Stoßwelle durchquert ein zweidimensionales Gitter.

In kompressiblen, d. h. verdichtbaren Medien, beispielsweise Gasen, breiten sich Störungen, etwa von hindurchbewegten Festkörpern hervorgerufene Druckänderungen, durch das Medium als Druckwellen aus, die sich mit der Schallgeschwindigkeit des Mediums bewegen. Bewegt sich der Störer nur langsam im Vergleich zur Schallgeschwindigkeit, erlaubt die Druckwelle dem Medium, sich neu zu verteilen, um die Störung auszugleichen. Das Medium verhält sich dabei genau wie ein inkompressibles Medium.

Bewegt sich der Störer jedoch schneller als die Schallgeschwindigkeit im ungestörten Medium, so bildet sich eine dünne Stoßfront, innerhalb derer sich die Zustandsgrößen des Mediums, einschließlich der Geschwindigkeit, nahezu sprunghaft ändern. Die Front bewegt sich langsamer durch das Medium als der Störer, sodass kegelige Formen entstehen. Da die Energiedichte hinter der Front höher ist als vor der Front, klingen Stoßwellen allmählich zu normalen Druckwellen ab, wobei sich ihre Geschwindigkeit auf Schallgeschwindigkeit verringert.

Es gibt zwei grundlegende Typen von Stoßwellen, die allerdings physikalisch äquivalent sind und sich nur durch die Wahl des Bezugssystems unterscheiden:

  1. Fortschreitende Stoßwellen im stehenden Medium: Sie werden durch plötzliche Störungen im Medium, etwa durch eine Explosion oder ein Projektil, hervorgerufen und bewegen sich mit Überschallgeschwindigkeit. Siehe auch: Verdichtungsstoß.
  2. Stehende Stoßwellen im fließenden Medium: Sie werden dadurch hervorgerufen, dass von einer Quelle kontinuierlich Materie ausgestoßen wird, wie z. B. der Sonnenwind der Sonne oder die Antriebsgase in einem Raketentriebwerk. Solche Wellen können einen Gleichgewichtszustand erreichen, in dem sie den Windausstoß begrenzen.

Siehe auch

Weblinks

 Wiktionary: Schockwelle – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise


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