Welche Materialien tragen am besten Schallwellen?

Leichte Materialien tragen Schallschwingungen besser als dichte, schwere Gegenstände. Wichtig für die Schallübertragung ist auch die Elastizität oder „Federbarkeit“ eines Materials: Weniger elastische Stoffe wie Hartschäume und Papier nehmen Schall eher auf als ihn zu tragen. Zu den besten Materialien zur Übertragung von Schallwellen gehören einige Metalle wie Aluminium und harte Substanzen wie Diamant.

Die Formel für die Schallgeschwindigkeit in verschiedenen Eigenschaften ist entscheidend, um zu verstehen, warum bestimmte Eigenschaften den Schall besser transportieren. Die Geschwindigkeit einer Schallwelle ist gleich der Quadratwurzel der elastischen Eigenschaft geteilt durch die Dichte des Objekts. Mit anderen Worten, je weniger dicht ein Objekt ist, desto schneller breitet sich der Schall aus, und je elastischer er ist, desto schneller breitet sich der Schall aus. Ein Gegenstand leitet den Schall daher langsamer, wenn er nicht sehr elastisch und sehr dicht ist.

Schall breitet sich mit 6.320 Metern pro Sekunde mit einer der schnellsten Geschwindigkeiten durch Aluminium aus. Dies liegt daran, dass Aluminium nicht besonders dicht ist – das heißt, es hat eine geringe Masse in einem gegebenen Volumen – und ist extrem elastisch und kann leicht seine Form ändern. Beachten Sie, dass die Elastizität eines Materials tendenziell stärker schwankt als seine Dichte und daher als wichtiger für das Verständnis der Schallgeschwindigkeit durch das gegebene Material angesehen wird.

Die nächstschnellste Schallgeschwindigkeit beträgt in Kupfer 4.600 Meter pro Sekunde. Mit seiner Elastizität und damit der Fähigkeit, auf der Stelle leicht zu schwingen, breitet sich der Schall schnell aus. Es ist jedoch viel dichter als Aluminium, was erklärt, warum es fast zwei Drittel langsamer ist als Aluminium.

Schall breitet sich in Gasen und Flüssigkeiten viel langsamer aus, da die Moleküle in beiden nicht so starr sind wie in einem Festkörper, was die Elastizität jeder Substanz erheblich verringert. Bei normaler Raumtemperatur und normalem Druck beträgt die Schallgeschwindigkeit 343 Meter pro Sekunde, also etwa 20 Mal langsamer als bei Aluminium. Eine Messung, die die Geschwindigkeit beeinflusst, ist die Temperatur – je heißer etwas ist, desto schneller bewegt sich der Schall, da er die Geschwindigkeit der Moleküle erhöht. Schall ist beispielsweise bei 40 Grad Celsius 12 Meter pro Sekunde schneller als bei 20 Grad Celsius.