Techniklexikon

Stosswelle

Strömungsmechanik, Schockwelle, Wellenform, die durch einen extrem kurzzeitigen starken Anstieg des Drucks in einer kompressiblen Flüssigkeit (Flüssigkeit, kompressible) entsteht. In Gasen erfolgt der Druckanstieg innerhalb weniger mittlerer freier Weglängen, in kondensierten Medien innerhalb weniger Molekülradien. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Stosswelle ist für kleine Druckunterschiede gleich der Schallgeschwindigkeit, für starke Druckunterschiede jedoch grösser. Je nachdem, ob Druck, Dichte und Temperatur ansteigen oder abfallen, spricht man von Verdichtungs- beziehungsweise Verdünnungswellen. Die Front der Verdichtungswelle steilt sich beim Fortschreiten immer mehr auf – dies führt schliesslich zum sog. Verdichtungsstoss. Experimentell können Stosswellen durch ein sogenanntes Stosswellenrohr erzeugt werden. Hierbei werden zwei Materialien durch eine Membran bei unterschiedlichen Drücken in einem Rohr gehalten (zum Beispiel Xenon bei 10^-3 bar und Wasserstoff bei 100 bar). Wird die Membran zerstört, so vermischen sich die beiden Gase miteinander, und es wird eine Stosswelle erzeugt, wobei Temperaturen bis 10 000 K entstehen können. Damit verbunden sind Maximalgeschwindigkeiten des strömenden Gases von  (k: Isentropenexponent, c₀: Schallgeschwindigkeit im Hochdruckteil). Mit dieser Methode können Untersuchungen zur Kinetik schneller Reaktionen in der Gasphase, zur thermischen Dissoziation, zur Bestimmung des Relaxationsverhaltens von Stoffen sowie zu Hochdruck-Modifikationen in Festkörpern durchgeführt werden. Technisch werden Stosswellen bei Explosionsverformungen und beim Sprengschweissen angewendet. In der Natur sind Stosswellen durch Stosswellenmetamorphosen – Mineral- oder Gesteinsumwandlungen infolge von Meteoriteneinschlägen oder Kernexplosionen – nachgewiesen.