GEORG-AUGUST-UNIVERSIT AT G OTTINGEN II. Physikalisches ...

Überschallgeschwindigkeit, kommt es zu einer additiven Überlagerung der zu unterschiedlichen
Zeiten ausgesandten Schallwellen. Die Einhüllende wird als Mach-Kegel bezeichnet
(vgl. Abb. 5 links(d)). Der Durchbruch der Schallmauer ist als ein lauter Knall wahrnehmbar.
Bei hoher Luftfeuchtigkeit wird der Mach-Kegel sogar sichtbar (vgl. Abb. 5 rechts).
Abbildung 5: Der Mach-Kegel in Theorie (a) und Praxis (b).
Links: Erklärung für die Entstehung des Mach-Kegels. Je schneller sich ein Objekt
bewegt, desto mehr verdichten sich die Wellenfronten. Bei Überschallgeschwindigkeit
kommt es zu einer Überlagerung der Wellenfronten. Die Einhüllende
wird als Mach-Kegel bezeichnet.
Rechts: Der Mach-Kegel an einem Überschallflugzeug. Der Mach-Kegel wird
durch kondensierte Wassertröpfchen sichtbar, wenn das Flugzeug in sehr feuchter
Luft fliegt.
Der Cherenkov-Effekt ist eine Analogie des Mach-Kegels im Optischen.
Ein geladenes Teilchen, welches sich in einem dielektrischen Medium mit einer größeren
Geschwindigkeit als die Lichtgeschwindigkeit in dem Medium bewegt, löst elektromagnetische
Strahlung aus. Die Lichtgeschwindigkeit gilt nur im Vakuum als höchste erreichbare
Geschwindigkeit. In einem Medium hingegen berechnet sich die Lichtgeschwindigkeit über
v = c , wobei c für die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und n für den Brechungsindex des
n
Mediums steht. Diese wird Cherenkov-Strahlung genannt.
Dieser Effekt wird Cherenkov-Effekt genannt und kann folgendermaßen erklärt werden: Das
geladene Teilchen polarisiert Moleküle des Mediums längs seiner Flugbahn. Diese senden
elektromagnetische Wellen aus. Ist die Geschwindigkeit kleiner als die der Lichtgeschwindigkeit
kommt es wegen der symmetrischen Polarisierung der benachbarten Atome zur
destruktiven Interferenz (vgl. Abb. 6 links). Für größere Geschwindigkeiten können sich
die elektromagnetischen Wellen nicht mehr auslöschen, da sie nicht mehr symmetrisch um
das geladene Teilchen erzeugt werden (vgl. Abb. 6 rechts).
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