Signal | Lust auf Wissen

Wer kennt es nicht? Man steht auf dem Bahnsteig und wartet auf einen Zug, der womöglich auch noch zu spät ist. Dabei fällt häufig der Blick auf die dort angebrachte Bahnhofsuhr. Wenn man diese länger betrachtet, fällt auf, dass der Sekundenzeiger relativ lange inne hält, sobald er die Zwölf erreicht hat. Erst wenn der Minutenzeiger eine Position weiter gesprungen ist, bewegt sich der Sekundenzeiger weiter. Aber warum ist das so und was hat das für einen Sinn?

Die einfache Antwort darauf ist, dass Bahnhofsuhren zu jeder vollen Minute synchronisiert werden. Sie bekommen jede Minute ein Signal von einer zentralen Uhr, dass diese Minute abgeschlossen ist und erst dann bewegt sich auch der Sekundenzeiger weiter. Damit der Sekundenzeiger bei einer leichten Abweichung nicht schon über die Zwölf hinausgeschossen sein kann bis dieses Signal kommt, läuft dieser etwas schneller und vollendet seine Runde schon nach etwa 58 Sekunden. Aus diesem Grund harrt er für etwa zwei Sekunden aus, bevor er die nächste Minute anbricht und weiter läuft.

Zentral gesteuert wird diese Zeit, so wie die einer jeden Funkuhr, von der Atomuhr der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig. Meist besitzt ein Bahnhof eine Zentraluhr, die dieses Signal aus Braunschweig empfängt und ihr Signal dann wiederum an alle weiteren Uhren dieses Bahnhofs weiter gibt.

Der ausharrende Sekundenzeiger an Bahnhofsuhren hat also nichts damit zu tun, dass bei der Bahn grundsätzlich ganz gerne gewartet wird 😉

Quellen:

https://www.zeit.de/1992/46/das-kleine-geheimnis-der-bahnhofsuhr

https://www.tagesspiegel.de/wissen/alltagswissen-warum-wartet-der-sekundenzeiger-der-bahnhofsuhr/1232696.html

Ein Krankenwagen kommt mit Sirene angefahren, alle fahren aus dem Weg und im Moment des Vorbeifahrens passiert etwas merkwürdiges. Der Sirenenton scheint sich zu verändern. Aber warum hört sich ein heranfahrender Krankenwagen mit Sirene anders an, als ein Wegfahrender?

In der Physik wird dieses Phänomen als Doppler-Effekt bezeichnet. Die Tonänderung beruht auf der Tatsache, dass die Wellenlänge eines Tons, der von einem bewegten Objekt aus geht, nicht in alle Richtungen gleich groß ist. In Fahrtrichtung wird die Schallwelle „zusammengestaucht“, entgegen der Fahrtrichtung „entzerrt“. Aber warum ist das so?

Man kann sich eine Schallwelle als eine auf und ab Schwingung vorstellen (wie z.B. ein auf und ab bewegtes Seil). Die Wellenlänge ist der Abstand zweier Hochpunkte bzw. Maxima (oder auch Tiefpunkte). Die Welle wird in ihrem Ursprung, im Falle des Krankenwagens an der Sirene, konstant erzeugt. Das Signal hat im Ursprung damit immer die gleiche Wellenlänge. Von Ursprung aus breitet sich eine Schallwelle bekanntermaßen mit Schallgeschwindigkeit aus. Das ist mit etwa 343 km/h zwar sehr schnell, aber eben nicht so schnell, dass die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs keinen Einfluss darauf hat. Ein fahrender Krankenwagen, und damit dessen Sirene, hat sich nämlich in der Zeit vom Aussenden eines Wellenmaximums bis zum nächsten ein kleines Stück vorwärts bewegt. In Fahrtrichtung ist der effektive Abstand der beiden Maxima, die sich in der Luft ausbreiten, dadurch etwas kleiner, als das ursprüngliche Signal. Entgegen der Fahrtrichtung ist es genau andersherum und der Abstand vergrößert sich. Die beiden nachfolgenden Bilder verdeutlichen diesen Effekt. Im ersten Bild der heranfahrende Krankenwagen, im zweiten Bild der Wegfahrende.

Kürzere Wellenlänge bedeutet bei akustischen Signalen ein höherer Ton. Aus diesem Grund hört sich die Sirene des heranfahrenden Krankenwagens höher an, als die des wegfahrenden Autos. Im Zeitpunkt des Vorbeifahrens hört man dann den Übergang von hoch nach tief.

Quellen:

https://www.leifiphysik.de/akustik/akustische-wellen/doppler-effekt