Bis zu welcher Höhe über der Erde sind Geräusche zu hören?

Der Titel der Frage lautet: Bis zu welcher Höhe über der Erde sind Geräusche zu hören? @uhoh hat diese Frage ausführlich beantwortet. Ich werde stattdessen spekulativ eine implizite Frage im Hauptteil des OP beantworten: Was ist der Ton im verlinkten Video?

Das OP geht implizit davon aus, dass die Töne im Video durch die Luft zu einem Mikrofon übertragen wurden. (Viele Kommentatoren in einem Reddit-Thread gehen von einer ähnlichen Annahme aus.)

Ein paar Dinge, die aus dem verlinkten Video zu beachten sind:

• Die Beschleunigung ist nicht konstant. Das verlinkte Video ist 2 Minuten und 19 Sekunden lang. Stufe 1 landete nach etwa 8 Minuten und 7 Sekunden im Flug. Wenn die Beschleunigung konstant gewesen wäre, hätte das bedeutet, dass MECO etwa 40 Sekunden nach Beginn des Videos hätte auftreten müssen. MECO tritt stattdessen etwa 12 Sekunden nach Beginn des Videos auf.

• Der Ton bleibt in den ersten 12 Sekunden des verlinkten Videos mehr oder weniger gleich. Nach 5 Sekunden im Video, als das Fahrzeug Überschall erreichte, änderte sich kaum etwas.

Als die Concorde flog, bemerkten die Passagiere oft, wie leise das Flugzeug plötzlich wurde, als es auf Überschallgeschwindigkeit ging. Während die Passagiere noch das Dröhnen der Triebwerke des Jets spürten, konnten sie die gewaltigen Geräusche, die von den Abgasen der Triebwerke ausgingen, nicht mehr hören. Das Geräusch des Auspuffs wäre nur hinter dem Flugzeug zu hören gewesen. Das Flugzeug ließ das Geräusch hinter sich.

Dass der Ton nicht plötzlich 5 Sekunden nach dem Video abbrach, deutet darauf hin, dass die Geräusche nicht von Mikrofonen in der Luft aufgenommen wurden. Sie klingen stattdessen höchstwahrscheinlich von Vibrationssensoren wie Beschleunigungsmessern, die so konstruiert sind, dass sie empfindlich auf Vibrationen oder Mikrofone reagieren, die der Trägerrakete selbst "zuhören".

Abgesehen davon, dass sie cool klingen, wären die aufgezeichneten Vibrationsdaten für SpaceX-Ingenieure sehr nützlich. Ingenieure führen Stabilitäts- und Steuerbarkeitsanalysen im Hinblick auf das Steuersystem einer Trägerrakete im Hinblick auf das Steuersystem selbst und im Hinblick darauf durch, wie das Biegen des Fahrzeugs mit dem Steuersystem interagiert. Diese Analysen müssen auch das Schwappen von Flüssigkeiten in den Tanks von Fahrzeugen mit flüssigen Treibstoffen berücksichtigen.

Die Hauptprobleme bestehen darin, dass übermäßiges Biegen oder Schwappen dazu führen kann, dass sich das Steuersystem sehr schlecht verhält, wenn es Überschneidungen zwischen den Biege-, Schwapp- und Steuerfrequenzen gibt, und dass das Steuersystem in ähnlicher Weise übermäßiges Biegen oder Schwappen in sehr schlechtem Zustand hervorrufen kann Weise, wenn solche Überschneidungen auftreten. Flex und Schwapp können sich gegenseitig anregen, wenn sich ihre Frequenzgänge überlappen. Die Fahrzeugbiegung kann durch Hinzufügen von Versteifungen reduziert/in der Frequenz geändert werden, und Tankschwappen kann durch Hinzufügen von Leitblechen zu den Tanks reduziert/in der Frequenz geändert werden. Aber wenn diese nicht benötigt werden, sind die Versteifungen und Leitbleche nur zusätzliches Gewicht, das die Nutzlastmasse verringert.

Ingenieure verwenden mehrere Modelle, um Flex- und Slosh-Modi abzuschätzen, aber am Ende sind dies nur Modelle. "Alle Modelle sind falsch, aber einige sind nützlich." Tatsächliche Messungen der Fahrzeugvibration während des Starts wären sehr vorteilhaft für die Validierung und Verfeinerung dieser Modelle.

tl; dr: In 100 km Höhe ist sicherlich eine gewisse Ausbreitung von Schallwellen möglich. Bei einer millionenfach niedrigeren Dichte als an der Oberfläche nähert sich die mittlere freie Weglänge einzelner Moleküle einem Millimeter, sodass Ultraschall möglicherweise beeinträchtigt wird, aber für Human- oder GoPro-Frequenzen ist es viel leiser, aber immer noch vorhanden.

Bis zu welcher Höhe über der Erde sind Geräusche zu hören?

Es gibt keine einzige Höhe, in der Geräusche plötzlich nicht mehr zu hören sind. Es gibt einen stetigen Abfall des Schalldrucks mit atmosphärischem Druck, und der Abfall beschleunigt sich, wenn sich die mittlere freie Weglänge der Wellenlänge eines bestimmten Schalls nähert, aber dies sind sanfte Übergänge.

Erlaubt die Luftdichte in dieser Höhe eine normale Schallausbreitung oder wurde der Ton des Filmmaterials verbessert?

Ich bin mir nicht sicher, was "normale Ausbreitung" bedeutet.

Die Lautstärke des übertragenen Schalls nimmt mit abnehmender Dichte stetig ab, genauso wie es unter Wasser noch lauter wird (+61 dB!). Aber irgendwann, wenn sich die mittlere freie Weglänge (nur einige Mikrometer für eine Standardatmosphäre) der Wellenlänge annähert des Schalls, dann ändert sich der Abfall zu exponentiell, wenn die Ausbreitung abklingt.

Dies wird ausführlich in der hervorragenden Antwort von @ ehrliche_vivere auf In welcher Höhe wäre die Luft zu dünn erklärt, um eine Schallwelle zu tragen? Ich zitiere hier das letzte Stück:

Antwort 2

Das Modell reichte nur bis 100 km, aber selbst dann war unsere Quelle schwer zu hören, wenn wir uns etwas mehr als ~100 m von ihr entfernten. Angesichts der Tatsache, dass die Dichte mit einer E-Faltungsentfernung von nur ~ 8,5 km exponentiell abnimmt (der Druck tut dies ebenfalls ähnlich), wenn wir unsere Schätzungen für extrapolieren$L_{i,src}\left( h \right)$dann sinkt der Wert bei ~177 km auf ~10 dB.

In etwa 200 km Entfernung könnte ein Mensch also wahrscheinlich eine etwa 1 m entfernte Quelle nicht hören, die auf Meereshöhe einen Intensitätspegel von 100 dB und 1000 Hz erzeugt.

Siehe auch:

• LDSD: Supersonic Test Flight (HD) der NASA JPL , zu dem das Mikrofon einer GoPro-Kamera gehört, das kleine Feststoffraketen in verschiedenen Höhen aufzeichnet, wie in Wie haben sich die Tangentialtriebwerke für den LDSD-Test 2014 so gut nach oben und dann nach unten gedreht?

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Laut dem Artikel und dem Video des WIRED-Magazins Watch Astronauts Answer Your Burning Questions about Space (auch auf YouTube einsehbar ):

Geräusche existieren im Weltraum, aber Menschen können sie nicht hören.