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Stoßwelle

Eine Stoßwelle (engl. shock wave), auch Knallwelle, ist in der Strömungslehre eine starke Druckwelle, die durch Detonationen oder andere Phänomene erzeugt wird, bei denen Teile des Mediums schneller als die Schallgeschwindigkeit des Mediums bewegt werden. Die Druckwelle breitet sich dabei mit der Schallgeschwindigkeit des Mediums als Wellenfront aus, an der sich im Gegensatz zu normalen Schallwellen die Zustandsgrößen nahezu sprunghaft ändern.

Der manchmal benutzte Begriff Schockwelle beruht auf einer Fehlübersetzung des englischen Homonyms shock in shock wave. Der Schock ist ein medizinisches Phänomen.

Inhaltsverzeichnis

Entstehung und grundlegende Eigenschaften


In kompressiblen, d. h. verdichtbaren Medien, beispielsweise Gasen, breiten sich Störungen, etwa von hindurchbewegten Festkörpern hervorgerufene Druckänderungen, durch das Medium als Druckwellen aus, die sich mit der Schallgeschwindigkeit des Mediums bewegen. Bewegt sich der Störer nur langsam im Vergleich zur Schallgeschwindigkeit, erlaubt die Druckwelle dem Medium, sich neu zu verteilen, um die Störung auszugleichen. Das Medium verhält sich dabei genau wie ein inkompressibles Medium.

Bewegt sich der Störer jedoch schneller als die Schallgeschwindigkeit im ungestörten Medium, so bildet sich eine dünne Stoßfront, innerhalb derer sich die Zustandsgrößen des Mediums, einschließlich der Geschwindigkeit, nahezu sprunghaft ändern. Die Front bewegt sich langsamer durch das Medium als der Störer, sodass kegelige Formen entstehen. Da die Energiedichte hinter der Front höher ist als vor der Front, klingen Stoßwellen allmählich zu normalen Druckwellen ab, wobei sich ihre Geschwindigkeit auf Schallgeschwindigkeit verringert.

Es gibt zwei grundlegende Typen von Stoßwellen, die allerdings physikalisch äquivalent sind und sich nur durch die Wahl des Bezugssystems unterscheiden:

  1. Fortschreitende Stoßwellen im stehenden Medium: Sie werden durch plötzliche Störungen im Medium, etwa durch eine Explosion oder ein Projektil, hervorgerufen und bewegen sich mit Überschallgeschwindigkeit. Siehe auch: Verdichtungsstoß.
  2. Stehende Stoßwellen im fließenden Medium: Sie werden dadurch hervorgerufen, dass von einer Quelle kontinuierlich Materie ausgestoßen wird, wie z. B. der Sonnenwind der Sonne oder die Antriebsgase in einem Raketentriebwerk. Solche Wellen können einen Gleichgewichtszustand erreichen, in dem sie den Windausstoß begrenzen.

Beispiele


Fortschreitende Stoßwellen

Stehende Stoßwellen

Anwendung in Medizin und Physiotherapie


In der Medizin werden mittels der "Extrakorporalen Stoßwellenlithotripsie" (ESWL) hochenergetische fokussierte Stoßwellen zur Zertrümmerung von Harn-, Gallen-, Nieren- und Speichelsteinen genutzt, in der Orthopädie die Extrakorporale Stoßwellentherapie zur Behandlung von nicht heilenden Knochenbrüchen (Pseudarthrosen) und zur Erosion von Verkalkungen an Sehnen und Einlagerungen in Gelenken. Seit etwa 2010 wird die extrakorporale Stoßwellentherapie auch in der Urologie eingesetzt, um Erektile Dysfunktion zu behandeln: Durch die Applikation von Stoßwellen wird die Neo-Angiogenese, also die Neubildung von Blutgefäßen stimuliert, was zu einer besseren Durchblutung des Penis und damit zu einer höheren Erektionsqualität führen soll.[2][3]

In der Physiotherapie findet aufgrund relativ einfacher Handhabung (keine bildgebenden Verfahren nötig, kaum Risiken, wenig Schmerz für den Patienten) insbesondere die niedrigenergetische radiale Stoßwellentherapie neuerdings zunehmende Anwendung.

Niederenergetische Stoßwellen ermöglichen eine effektive Behandlung von Schmerzen an Sehnenansätzen wie Tennisellenbogen, Golferellenbogen oder dem schmerzhaften Fersensporn und Schmerzen bei Arthrosen (Verschleißerkrankungen) sowie bei chronischen Schmerzen an knochennahen Weichteilen.

Zunehmend setzt sich die Stoßwelle auch als schmerzarmes Verfahren in der "Triggerpunkttherapie" von Muskelverhärtungen durch. Dabei werden die Triggerpunkte (= Myogelosen) des Muskels z. B. bei Nackenschmerzen und Schmerzen im unteren Rücken behandelt. Mit den Geräten kann nicht nur die Behandlung durchgeführt werden, sondern sie ermöglichen auch eine gezielte Diagnostik der verhärteten und verkürzten, meist oft sehr schmerzhaften Muskelareale. Diese Muskelareale sind je nach Krankheitsbild mit lokalen oder Ferntriggern versehen, die im Verlauf der weiteren Behandlung beachtet werden müssen.

Diese Stoßwellen werden hydraulisch, elektromagnetisch, piezoelektrisch oder pneumatisch-ballistisch außerhalb des menschlichen Körpers erzeugt, also "extrakorporal". Man unterscheidet nach der Form ihrer Ausbreitung zwischen radialen und fokussierten Stoßwellen unterschiedlicher Energiestärke.

Siehe auch


Weblinks


Wiktionary: Schockwelle – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise


  1. Exploding Asteroids Pose Greater Threat Than Direct Hits nationalgeographic.com, abgerufen am 19. Mai 2016
  2. Zhihua Lu, Guiting Lin, Amanda Reed-Maldonado, Chunxi Wang, Yung-Chin Lee: Low-intensity Extracorporeal Shock Wave Treatment Improves Erectile Function: A Systematic Review and Meta-analysis. In: European Urology. Band 71, Nr. 2, Februar 2017, ISSN 1873-7560 , S. 223–233, doi:10.1016/j.eururo.2016.05.050 , PMID 27321373.
  3. Anne B. Olsen, Marie Persiani, Sidsel Boie, Milad Hanna, Lars Lund: Can low-intensity extracorporeal shockwave therapy improve erectile dysfunction? A prospective, randomized, double-blind, placebo-controlled study. In: Scandinavian Journal of Urology. Band 49, Nr. 4, 2015, ISSN 2168-1813 , S. 329–333, doi:10.3109/21681805.2014.984326 , PMID 25470423.



Kategorien: Strömungsmechanik | Welle

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