Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 9-10, G-Niveau

Schallgeschwindigkeit - Physik

Einleitung

Die Schallgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich eine Schallwelle in einem Stoff ausbreitet. In trockener Luft bei 20 °C beträgt sie ungefähr 343 m/s. Das sind etwa 1.235 km/h. Schall ist damit viel langsamer als Licht. Deshalb siehst Du einen Blitz fast sofort, hörst den Donner aber erst später.

In diesem aiMOOC lernst Du, wie Schall entsteht, wovon seine Geschwindigkeit abhängt und wie Du sie mit einfachen Schulversuchen bestimmen kannst. Der Kurs eignet sich besonders für den Physikunterricht der Klassen 7 bis 10.

Was ist Schallgeschwindigkeit?

Die Schallgeschwindigkeit wird meist mit $c$ bezeichnet. Sie beschreibt den Weg, den eine Schallwelle pro Zeit zurücklegt:

$c = \frac{s}{t}$

Dabei ist $s$ der Weg und $t$ die benötigte Zeit. Die Einheit lautet $m / s$ .

Wichtig: Die Schallgeschwindigkeit ist nicht die Geschwindigkeit einzelner Luftteilchen. Die Teilchen schwingen nur um ihre Ruhelage. Weitergegeben wird eine Druckänderung.

Schall als mechanische Welle

Schall braucht ein Medium, zum Beispiel Luft, Wasser oder einen Festkörper. Im Vakuum kann sich Schall nicht ausbreiten. In Gasen und Flüssigkeiten ist Schall eine Longitudinalwelle: Verdichtungen und Verdünnungen bewegen sich durch das Medium.

Eine Schallquelle, etwa eine Lautsprechermembran, versetzt benachbarte Teilchen in Schwingung. Diese stoßen weitere Teilchen an. So wandert die Störung durch den Raum, obwohl das Material insgesamt nicht mitwandert.

Formeln und Größen

Für eine gleichförmige Ausbreitung gilt:

$c = \frac{s}{t}$

Bei einer periodischen Welle hängen Schallgeschwindigkeit $c$ , Wellenlänge $λ$ und Frequenz $f$ zusammen:

$c = λ \cdot f$

Daraus folgen:

$λ = \frac{c}{f}$

$f = \frac{c}{λ}$

In einem festgelegten Medium bei gleichbleibender Temperatur bleibt $c$ näherungsweise konstant. Ändert sich die Frequenz, ändert sich deshalb die Wellenlänge.

Wovon hängt die Schallgeschwindigkeit ab?

Die Schallgeschwindigkeit hängt vor allem vom Medium und von dessen Zustand ab. Entscheidend ist das Zusammenspiel aus Elastizität und Dichte. Deshalb gilt nicht einfach: Je dichter ein Stoff ist, desto schneller oder langsamer ist der Schall.

Temperatur der Luft

In Luft steigt die Schallgeschwindigkeit mit der Temperatur. Für den schulischen Alltag ist folgende Näherung brauchbar:

$c_{L u f t} \approx (331,5 + 0,6 \cdot ϑ) \frac{m}{s}$

$ϑ$ ist die Temperatur in Grad Celsius. Bei 20 °C ergibt sich näherungsweise:

$c \approx 331,5 \frac{m}{s} + 0,6 \frac{m}{s \cdot^{\circ} C} \cdot 20^{\circ} C = 343,5 \frac{m}{s}$

Die Grafik zeigt den Zusammenhang für trockene Luft:

Vergleich verschiedener Medien

Die Werte sind Näherungen und hängen unter anderem von Temperatur, Zusammensetzung und Materialstruktur ab.

Medium	Schallgeschwindigkeit ungefähr
Luft bei 20 °C	343 m/s
Helium bei 20 °C	981 m/s
Wasser bei 20 °C	1.480 m/s
Stahl bei 20 °C	5.900 m/s

In vielen Festkörpern breitet sich Schall besonders schnell aus, weil das Material sehr steif ist. In Wasser ist Schall deutlich schneller als in Luft.

Messverfahren in der Schule

Laufzeitmessung mit zwei Mikrofonen

Zwei Mikrofone stehen in bekanntem Abstand. Ein kurzer Schallimpuls erreicht zuerst das nahe und dann das entfernte Mikrofon. Aus Abstand $s$ und Zeitdifferenz $Δ t$ folgt:

$c = \frac{s}{Δ t}$

Ein größerer Mikrofonabstand verbessert häufig die Messbarkeit der kleinen Zeitdifferenz.

Echoverfahren

Bei einem Echo läuft der Schall zu einer Wand und wieder zurück. Die gemessene Strecke ist deshalb doppelt so groß wie der Abstand $d$ zur Wand:

$c = \frac{2 d}{t}$

Umgestellt erhältst Du:

$d = \frac{c \cdot t}{2}$

Messung mit Smartphone und Phyphox

Mit zwei Smartphones und einer geeigneten Mess-App kann die Laufzeit eines Klatschsignals bestimmt werden. Achte auf einen großen Abstand, eine freie Sichtlinie und möglichst wenig Störgeräusche. Vergleiche mehrere Messungen und bilde einen Mittelwert.

Messung über stehende Wellen

In einem Rohr können sich bei Resonanz stehende Wellen bilden. Misst Du die Wellenlänge und kennst die Frequenz, gilt:

$c = λ \cdot f$

Diese Methode wird bei Resonanzrohren und beim Kundtschen Rohr genutzt.

Anwendungen und Phänomene

Blitz und Donner

Licht erreicht Dich praktisch sofort, Schall deutlich später. Für eine grobe Abschätzung gilt:

Entfernung des Gewitters in Kilometern ≈ Sekunden zwischen Blitz und Donner geteilt durch 3.

Bei 6 Sekunden Verzögerung ist das Gewitter ungefähr 2 km entfernt. Beobachte Gewitter nur aus einem sicheren Gebäude und führe draußen keine Messversuche durch.

Ultraschall und Sonar

Ultraschall ist Schall mit Frequenzen oberhalb des menschlichen Hörbereichs. In der Medizin werden Laufzeiten und Echos genutzt, um Bilder aus dem Körper zu erzeugen. Beim Sonar werden Entfernungen unter Wasser bestimmt.

Auch in der Meeresseismik werden Schallimpulse ausgesendet und reflektierte Signale ausgewertet, um Schichten unter dem Meeresboden zu untersuchen.

Überschall und Machzahl

Die Machzahl vergleicht die Geschwindigkeit eines Objekts $v$ mit der örtlichen Schallgeschwindigkeit $c$ :

$M = \frac{v}{c}$

Bei $M = 1$ bewegt sich das Objekt mit Schallgeschwindigkeit. Bei $M > 1$ spricht man von Überschall. Dabei können sich Stoßwellen zu einem Machkegel überlagern. Trifft die Stoßwelle auf einen Beobachtungsort, kann ein Überschallknall gehört werden.

Rechenbeispiele

Beispiel 1: Laufzeit über 200 Meter

Wie lange braucht Schall in Luft bei 20 °C für 200 m?

$t = \frac{s}{c} = \frac{200 m}{343 m / s} \approx 0,58 s$

Beispiel 2: Entfernung eines Gewitters

Zwischen Blitz und Donner liegen 9 Sekunden.

$s = c \cdot t = 343 m / s \cdot 9 s = 3087 m$

Das Gewitter ist ungefähr 3,1 km entfernt.

Beispiel 3: Echo an einer Felswand

Ein Echo kehrt nach 0,8 Sekunden zurück.

$d = \frac{c \cdot t}{2} = \frac{343 m / s \cdot 0,8 s}{2} \approx 137 m$

Die Felswand ist ungefähr 137 m entfernt.

Beispiel 4: Wellenlänge eines Kammertons

Ein Ton hat die Frequenz 440 Hz. In Luft bei 20 °C gilt:

$λ = \frac{c}{f} = \frac{343 m / s}{440 H z} \approx 0,78 m$

Merksätze

Schallgeschwindigkeit: Sie beschreibt die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Schallwelle.
Medium: Schall benötigt Materie und breitet sich nicht im Vakuum aus.
Temperatur: In warmer Luft ist Schall schneller als in kalter Luft.
Echo: Bei einer Laufzeitmessung zum Hindernis und zurück muss der doppelte Weg berücksichtigt werden.
Machzahl: Mach 1 entspricht der örtlichen Schallgeschwindigkeit.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was beschreibt die Schallgeschwindigkeit? (Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Schallwelle) (!Die Lautstärke einer Schallquelle) (!Die Schwingungszahl eines Lautsprechers) (!Die Geschwindigkeit des Lichts)

Wie groß ist die Schallgeschwindigkeit in trockener Luft bei 20 Grad Celsius ungefähr? (343 Meter pro Sekunde) (!34 Meter pro Sekunde) (!1480 Meter pro Sekunde) (!5900 Meter pro Sekunde)

Wo kann sich Schall nicht ausbreiten? (Im Vakuum) (!In Luft) (!In Wasser) (!In Stahl)

Welche Formel beschreibt eine Laufzeitmessung? (c gleich s geteilt durch t) (!c gleich s mal t) (!c gleich t geteilt durch s) (!c gleich s plus t)

Wie verändert sich die Schallgeschwindigkeit in Luft bei steigender Temperatur? (Sie nimmt zu) (!Sie nimmt immer ab) (!Sie bleibt exakt gleich) (!Sie wird null)

Warum steht beim Echoverfahren die Strecke doppelt im Zähler? (Der Schall läuft hin und zurück) (!Der Schall wird doppelt so laut) (!Die Zeit wird zweimal gemessen) (!Die Frequenz verdoppelt sich)

In welchem der genannten Medien ist Schall typischerweise am schnellsten? (In Stahl) (!In Luft) (!Im Vakuum) (!In einem leeren Raum)

Was bedeutet Mach 1? (Bewegung mit der örtlichen Schallgeschwindigkeit) (!Bewegung mit Lichtgeschwindigkeit) (!Stillstand in der Luft) (!Eine Frequenz von einem Hertz)

Wie lautet der Zusammenhang zwischen Schallgeschwindigkeit Wellenlänge und Frequenz? (c gleich Wellenlänge mal Frequenz) (!c gleich Wellenlänge plus Frequenz) (!c gleich Frequenz geteilt durch Wellenlänge) (!c gleich Wellenlänge minus Frequenz)

Ein Donner folgt sechs Sekunden nach dem Blitz. Wie weit ist das Gewitter ungefähr entfernt? (Etwa zwei Kilometer) (!Etwa zwanzig Meter) (!Etwa sechs Kilometer) (!Etwa sechzig Kilometer)

Memory

Schallgeschwindigkeit	Ausbreitungstempo einer Druckwelle
Luftwert	Rund 343 Meter pro Sekunde bei 20 Grad Celsius
Wasserwert	Rund 1480 Meter pro Sekunde
Stahlwert	Rund 5900 Meter pro Sekunde
Echoverfahren	Laufweg zum Hindernis und zurück
Machzahl	Quotient aus Flugtempo und örtlichem Schalltempo
Vakuum	Raum ohne schalltragenden Stoff

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Luft	Langsamstes der drei Vergleichsmedien
Wasser	Schneller als Luft und langsamer als Stahl
Stahl	Sehr steifes Medium mit hoher Schallgeschwindigkeit
Echoverfahren	Laufzeit des Hinwegs und Rückwegs
Machzahl	Verhältnis von Objektgeschwindigkeit zu Schallgeschwindigkeit

Kreuzworträtsel

Medium	Worin muss sich Schall ausbreiten?
Vakuum	Wo kann sich Schall nicht ausbreiten?
Wellenlänge	Welche Größe wird mit Lambda bezeichnet?
Echo	Wie heißt reflektierter Schall?
Temperatur	Welche Luftgröße beeinflusst die Schallgeschwindigkeit deutlich?
Machzahl	Welche Verhältnisgröße beschreibt Überschall?

LearningApps

Lückentext

Offene Aufgaben

Leicht

Schall im Alltag: Sammle fünf Situationen, in denen Du eine Verzögerung zwischen einem sichtbaren Ereignis und dem zugehörigen Geräusch beobachten kannst.
Einheiten umrechnen: Rechne 343 m/s in km/h um und erkläre jeden Rechenschritt.
Medienvergleich: Gestalte eine kleine Tabelle zu Luft, Wasser und Stahl und markiere das schnellste Medium.
Erklärbild: Zeichne Verdichtungen und Verdünnungen einer Longitudinalwelle und beschrifte die Ausbreitungsrichtung.

Standard

Echo-Experiment: Plane eine sichere Laufzeitmessung vor einer großen Wand und erkläre, warum der doppelte Weg berücksichtigt werden muss.
Temperaturabhängigkeit: Berechne die Schallgeschwindigkeit für 0 Grad Celsius, 10 Grad Celsius und 30 Grad Celsius mit der Näherungsformel.
Smartphone-Messung: Führe mit einer geeigneten App mehrere Messungen durch, bilde den Mittelwert und beschreibe mögliche Störquellen.
Blitz und Donner: Werte ein aufgezeichnetes Gewittervideo aus und schätze bei mehreren Blitzen die jeweilige Entfernung.

Schwer

Messunsicherheit: Untersuche, wie sich ein Fehler bei Weg und Zeit auf das Ergebnis der Schallgeschwindigkeit auswirkt.
Versuchsvergleich: Vergleiche Laufzeitmessung, Echoverfahren und Resonanzmethode hinsichtlich Aufbau, Genauigkeit und Fehlerquellen.
Temperaturprofil: Erkläre, warum unterschiedliche Lufttemperaturen in verschiedenen Höhen Schallstrahlen ablenken können.
Forschungsprojekt Akustik: Entwickle eine eigene Forschungsfrage zur Schallausbreitung, dokumentiere Daten und präsentiere Deine Auswertung als Poster oder Video.

Lernkontrolle

Versuchsplanung: Entwirf einen Schulversuch zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit. Begründe Abstand, Signalart und Messgerät.
Fehleranalyse: Eine Gruppe misst 280 m/s in einem Klassenraum. Nenne mehrere mögliche Ursachen und schlage Verbesserungen vor.
Transfer Gewitter: Erkläre, warum die Drei-Sekunden-Regel nur eine Näherung ist und welche Wetterbedingungen das Ergebnis beeinflussen können.
Modellvorstellung: Erkläre mit einem Teilchenmodell, wie Energie übertragen wird, obwohl Luftteilchen nicht von der Quelle bis zum Ohr fliegen.
Anwendung Ultraschall: Beschreibe, wie aus gemessenen Laufzeiten Entfernungen im Körper oder unter Wasser bestimmt werden können.
Überschall: Leite aus der Machzahl ab, ob ein Flugkörper mit 700 m/s bei einer örtlichen Schallgeschwindigkeit von 350 m/s im Unter- oder Überschallbereich fliegt.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:

die Schallgeschwindigkeit als Ausbreitungsgeschwindigkeit erklären kannst,
die Formeln $c = \frac{s}{t}$ und $c = λ f$ sicher anwendest,
den Einfluss von Medium und Temperatur begründet beschreibst,
bei Echoaufgaben den Hinweg und Rückweg berücksichtigst,
Messdaten auswertest und Messunsicherheiten einschätzt,
Anwendungen wie Gewitterentfernung, Ultraschall, Sonar und Überschall erklärst.

OERs zum Thema

Der Wikipedia-Artikel bietet eine fachliche Vertiefung und weiterführende Tabellen:

Verknüpfte Lernbereiche

Schallgeschwindigkeit

aiMOOC-Projekte

Schulfach+

Prüfungsliteratur 2026
Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
Baden-Württemberg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Mittlere Reife Der Markisenmann - Jan Weiler oder Als die Welt uns gehörte - Liz Kessler Ein Schatten wie ein Leopard - Myron Levoy oder Pampa Blues - Rolf Lappert	Abitur Dorfrichter-Komödie über Wahrheit/Schuld; Roman über einen Ort und deutsche Geschichte. Mittlere Reife Wahllektüren (Roadtrip-Vater-Sohn / Jugendroman im NS-Kontext / Coming-of-age / Provinzroman).
Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
Niedersachsen	Abitur Der zerbrochene Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun Die Marquise von O. - Heinrich von Kleist Über das Marionettentheater - Heinrich von Kleist	Abitur Schwerpunkt auf Drama/Roman sowie Kleist-Prosatext und Essay (Ehre, Gewalt, Unschuld; Ästhetik/„Anmut“).
Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
Sachsen (berufliches Gymnasium)	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Irrungen, Wirrungen - Theodor Fontane Der gute Mensch von Sezuan - Bertolt Brecht Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Trafikant - Robert Seethaler	Abitur Mischung aus Klassiker-Drama, sozialem Drama, realistischem Roman, epischem Theater und Gegenwarts-/Erinnerungsroman; zusätzlich Coming-of-age im historischen Kontext.
Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.