Schall ist was komplexes
das ist nicht mal eben so erklärt...
Das ist erstmal Wellengrundlagen begreifen. Was ist eine Welle, wie wird diese beeinflusst und wie reagiert sie auf verschiedene Medien.
Alsoooo...
eine Welle (am besten eine Wasser-Oberflächenwelle) wird durch ein Erdbeben (Verschiebung und schnelles Zurückspringen der Erdplatten, weshalb ein Unterdruck entsteht und welches ein schnelles Zurückziehen und wieder wegspringen der Wassermasse verursacht) eine Wasser-Oberflächenwelle ausgelöst.
Diese Welle saust jetzt auf einen Bootssteck. Von jedem Wellenpunkt wird eine neue Welle ausgesendet. Trifft eine Welle auf ein Ziel, kann es zu verschiedenen Ereignissen kommen wie der Brechung der Welle, der Rekletion der Welle und anderen Formen, oder einfach von allem etwas.
Weiter gedacht:
alles was du siehst, hörst, fühlst etc. ist eine Welle.
Die Wasser-Oberflächenwelle siehst du am besten. Hier wird durch eine Kraft eine Welle ausgelöst. Diese breitet sich in eine Richtung aus. Das passiert indem die Teilchen des Wassers angestoßen werden. Ist ein Teilchen angestoßen, stößt es das nahliegenste nächste Teilchen an, was wiederum das gleiche tut. Bis entweder die Kraft aufgebraucht wurde oder die Welle durch ein Hindernis beeinflusst wurde.
Überträgst du das jetzt auf den Schall, hast du wie im Wasser auch in der Luft viele kleine Teilchen. Hauptsächlich Stickstoff und Sauerstoff Atome schwirren bei uns herum. Wenn du nun durch dein Sprechorgan einen Laut ausstößt (Anregung der Stimmenbänder die durch Vibration die Luft in Schwingung bringen), dann stößt du damit die Teilchen der Luft an. Du hast dieser Schwingung eine bestimmte Kraft gegeben. Je nachdem wie groß die Kraft ist, desto weit kommt nun deine Schallwelle.
In der Luft erreichst du eine maximale Geschwindigkeit des Schalls von etwa 340 Meter pro Sekunde. Du kannst das ganze so weit vereinfachen, dass du sagst (331,6+x*0,6)Meter pro Sekunde. Für x kannst du eine beliebige Temperatur einsetzen, die einen ziemlichen genauen Wert abliefert. Daraus lässt sich ableiten, dass je höher die Temperatur der Luft oder Umgebung ist, desto schneller ist der Schall.
Man kann es sich so vorstellen, dass durch die hohe Temperatur die Teilchen sich "besser" und "freier" bewegen können. Dadurch übertragen sie die Kraft einfach schneller.
Prinzipiell sendest du sowohl bei Gasen als auch bei Flüssigkeiten immer Longitudinalwellen aus!
Nur bei Feststoffen treten Transversalwellen auf.
Wie du schon oben erwähnt hast, sind Longitudinalwellen parallel zur Ausbreitungsrichtung. Soll heissen, dass wenn du auf einem Platz stehst und etwas sagst, dann breitet sich die Welle parallel über den Boden in eine bestimmte Richtung aus in die du sprichst.
Transversalwellen dagegen breiten sich genau andersherum aus.
Bei Feststoffen treten beide Variaten auf.
Weiterer Grundgedanke ist, dass je "fester" der Stoff ist, desto schneller wird der Schall übertragen.
Ein beliebtes Beispiel ist hierbei das explodierende Schiff in weiter Entfernung während du am Strand hockst.
Als erstes siehst du die Explosion, weil das Licht der Explosion 1000mal schneller ist als der Schall. Als nächstes merkst du die Unterwasser-Welle. Dann erst kommt die Oberflächenwelle an. Dann erst kommt der Schall in Form vom Explosions-Ton. Die Zeiten dir jetzt vorzurechnen würde es wohl nicht bringen... aber einfach die Gesetzmässigkeit erklärt.
Also das Licht lassen wir mal außen vor, weil das ein anderes Thema ist.
Die Unterwasser-Welle ist wesentlich schneller, weil dort mehr Teilchen vorhanden sind. Der Stoff hat also eine höhere Dichte. Hier würdest du als erstes die Explosion hören, wenn du den Kopf tief ins Wasser steckst.
Die Oberfläche hat eine geringere Dichte weshalb die Welle hier langsamer ist.
In der Luft ist eine noch wesentlich geringere Dichte als im Wasser. Dadurch brauch die Welle hier am längsten.
Noch weiter gedacht wirst du somit einen wesentlich schnelleren Schall bei einer sehr langen massiven Eisenstange haben als bei der Luft.
In Formel ausgedrückt:
bei Festkörpern gilt c=wurzel aus(Elaszitätsmodul/Dichte des Stoffes).
Hierbei gilt, dass die Dichte des Stoffes abhängig von der Temperatur ist.
bei Flüssigkeiten gilt c=wurzel aus(Kompressionsmodul/Dichte)
Das Kompressionsmodul ist dabei 1/Kompressibilität, welches man öfter in Tabellen wiederfindet.
bei Gasen: c=wurzel aus(Isentropenexponent*Gasdruck/Dichte)
Und wenn du erst 13 bist, dann reicht es, wenn du die Gesetzmässigkeiten verstehst, dass je höher die Temperatur ist und je dichter ein Stoff ist, desto größer ist die Schallgeschwindigkeit.
Um ein Werte zur Vorstellung zu haben:
in der Luft ist der Schall wie gesagt etwa 340Meter pro Sekunde schnell. Bei Wasser um die 540 und bei einem Eisenrohr um die 1500.
(Ich muss meine Anti-Gedankenlese-Mütze mal wieder aufsetzen)
