Echo, Fledermäuse und Sonartechnik

Echo

Jeder weiß, was ein Echo ist. In der Natur kann man Echos vor allem in den Bergen oder in einiger Entfernung von einem Waldrand wahrnehmen. Besonders kleinere Kinder sind so fasziniert davon, dass sie gar nicht mehr aufhören wollen zu rufen, um dem eigenen Echo zu lauschen. Das Echo ist ein Phänomen der Akustik. Sogar ein Sprichwort weiß von ihm zu berichten: „Wie man in den Wald hineinruft, so schallt es hinaus.“

In großen leeren Hallen kann man besonders leicht ein Echo erzeugen. Warum sollte die Halle leer sein? Ansonsten wird der Schall zu sehr gestreut oder geschluckt. Wenn man in solch einer Halle etwas ruft, so hören wir eine verzögerte Wiederholung unserer eigenen Stimme. Was passiert hier physikalisch? Mit unserem Ruf senden wir Schallwellen aus. Treffen diese auf eine senkrechte Fläche der entfernten Hallenwand, so werden die Schallwellen von dieser reflektiert und zu uns zurückgeworfen.

Wir hören unsere eigene Stimme zeitverzögert und etwas leiser, weil der Schall eine gewisse Zeit benötigt, um von der Luft transportiert zu werden (ca. 340 m/s).

Harte und feste Gegenstände, wie z.B. Felsen, Fensterscheiben, Wände, Fliesen usw. sind besonders geeignet den Schall zu reflektieren. Hingegen reflektieren weiche Gegenstände und Oberflächen, wie Teppiche, Sofas, Gardinen usw. den Schall sehr schlecht. Der Schall wird von diesen Materialien geschluckt (absorbiert).

Fledermäuse

Das Echolot ist eine Technik, die u.a. von Fledermäusen eingesetzt wird, um ihre Umgebung wahrzunehmen. Fledermäuse rufen Ultraschalltöne aus, die für das menschliche Gehör nicht hörbar sind. (Ultraschalltöne sind Schallwellen mit einer Frequenz oberhalb des hörbaren Bereichs für den Menschen. Der hörbare Frequenzbereich für den Menschen liegt normalerweise zwischen 20 Hz und 20.000 Hz) Die Ultraschalltöne der Fledermaus breiten sich aus und treffen auf Objekte in der Umgebung. Wenn die Schallwellen auf ein Objekt treffen, werden sie reflektiert und kehren zur Fledermaus zurück. Die Fledermaus kann dann anhand der zurückkehrenden Echos Informationen über die Entfernung, Form, Größe und Bewegung des Objekts erhalten. So können Fledermäuse Hindernisse erkennen, Beute finden und sich in ihrer Umgebung orientieren, selbst in völliger Dunkelheit.

Sonartechnologie

Die Sonartechnologie in der Schifffahrt basiert auf dem Prinzip der Schallwellen und ihrer Ausbreitung im Wasser. Vereinfacht ausgedrückt funktioniert die Sonartechnologie in der Schifffahrt wie folgt:

1. Ein Schiffs-Sonargerät erzeugt Schallimpulse: Ein spezielles Sonargerät an Bord eines Schiffes erzeugt Schallimpulse, die als Schallwellen in das Wasser abgegeben werden. Diese Schallimpulse haben eine hohe Frequenz, die im Ultraschallbereich liegt.
2. Schallwellen breiten sich im Wasser aus: Die Schallwellen breiten sich vom Schiff aus im Wasser in alle Richtungen aus. Sie bewegen sich durch das Wasser und treffen dabei auf verschiedene Objekte wie den Meeresboden, andere Schiffe oder Unterwasserhindernisse.
3. Reflektion der Schallwellen: Wenn die Schallwellen auf ein Objekt treffen, werden sie von diesem Objekt reflektiert. Die reflektierten Schallwellen kehren dann zum Sonargerät am Schiff zurück.
4. Erfassung der reflektierten Schallwellen: Das Sonargerät empfängt die reflektierten Schallwellen und wandelt sie in elektrische Signale um. Diese Signale werden dann von einem Computer oder einer Sonarauswertungsstation an Bord des Schiffes verarbeitet.
5. Interpretation der empfangenen Signale: Die empfangenen Signale werden analysiert, um Informationen über die Position, Entfernung, Größe und Beschaffenheit der reflektierenden Objekte zu gewinnen. Basierend auf diesen Informationen kann beispielsweise die Wassertiefe, die Anwesenheit von Fischen oder die Position anderer Schiffe bestimmt werden.