Resonanz

Zunächst klären wir ein paar Begriffe, dann zeigen wir, wie es zur Resonanz kommt und schließlich kannst du dir noch drei kurze Filme ansehen, in denen Resonanz am Wirken ist!

Resonanz:

ist das Anwachsen der Amplitude (Schwingungsweite, Auslenkung) einer mechanischen oder elektrischen Schwingung, dadurch, dass eine äußere Kraft das schwingende System periodisch "im richtigen Takt"anregt.
Das funktioniert also nur, wenn sie dies genau mit der "richtigen" Frequenz, d.h. der Eigenfrequenz des Systems (oder einem Vielfachen davon) macht.

Eigenfrequenz:

ist die Frequenz, mit der ein System frei schwingt. Jedes System hat dabei ganz bestimmte Eigenfrequenzen. Sie hängen von den physikalischen Gegebenheiten des Systems (z.B. Masse, Pendellänge, Federhärte, usw. ab)

Anders gesagt, alle schwingungsfähigen Systeme haben eine Eigenfrequenz, und wenn wir es mit dieser Eigenfrequenz zum Schwingen bringen, kann sich die Schwingung zu riesigen Werten "aufschaukeln".

Klingt kompliziert .........?
Ist es aber nicht, wir sind sicher, du kennst das von der Kinderschaukel her!

Beispiel 1: Anstoßen einer Schaukel.

Wenn du eine Person auf einer Schaukel anstoßen möchtest, dann mußt du die Person immer zum richtigen Zeitpunkt anstoßen, d.h. während jeder Schaukelbewegung genau einmal und im Umkehrpunkt.

Vielleicht mußt du dazwischen auch mal "aussetzen". Sonst kann es passieren, dass sich die Schwingungsbewegung zu sehr zur Resonanz "aufschaukelt", und dann geht es dir so, wie dem Äffchen in unserer Simulation. (Achte auf sein Gesicht!).

Anregungsfrequenz größer als Eigenfrequenz

Denn du zu langsam anregst, dann verpasst du die Schaukel an der richtigen Stelle, dasselbe passiert, wenn du zu schnell anregen willst, auch dann ist die Schaukel noch nicht wieder am richtigen Punkt

In der Animation regt das Äffchen zu schnell anregt. Manchmal scheint sich eine Resonanz aufzubauen, dann ebbt sie wieder ab.
Das Äffchen rettet zwar sein Gesicht, aber es kommt nicht zur Resoanz!

Hier sind ein paar spektakuläre Kurzfilme von Resonanzerscheinungen. Um sie sehen zu können, benötigst du allerdings für deinen Browser ein Plugin, das Filme im Macromedia Format Quicktime abspielen kann.

Wenn du das Quicktime Plugin nicht hast, kannst du es hier kostenlos herunterladen http://www.apple.com/de/quicktime/download/

Beispiel 2: Zerbrechen oder "Zersingen" eines Glases.

Wenn ein Sänger (oder eine Sängerin) genau die Eigenfrequenz eines Weinglases trifft, dann kann er /sie mehr Energie in das Weinglas stecken, als dieses verkraften kann. Das Glas wird in immer stärkere Schwingungen versetzt und platzt schießlich.

Der Trick besteht darin, den richtigen Ton zu treffen und zu halten. Es genügt also nicht, laut und schrecklich zu grölen!

Es wird auch nicht gelingen das ganze Glas zu zerstören, weil jeder Teil des Glases eine andere Eigenfrequenz hat! (Das Glas ist verschieden dick)

Quicktime Film (98 kB)

Beispiel 3: Der Einsturz der Tacoma Narrows Brücke.

Vielleicht kennst du diese Bilder sogar aus deinem Physikbuch. Hier ist der ganze Film dazu!

Ein Sturm regte die Brücke genau mit ihrer Eigenfrequenz an, die Brücke kam in immer heftigere Schwingungen und stürzte schließlich ein.

Gallopping Gertie Klicke hier um den Film anzuschauen. Torsion

Beispiel 4: Resonanz wird verwendet, um einen Nierenstein zu zertrümmern.

Viele Leute leiden an Nierensteinen. Bestimmte Mineralien werden dabei in der Niere nicht zersetzt und lagern sich zusammen, ein Nierenstein bildet sich. Wenn er die Harnröhre verstopft, kann die Harnflüssigkeit nicht mehr abfließen. Dies kann lebensgefährlich sein.

Der Nierenstein müsste herausoperiert werden. Als Alternative kann man aber oft Ultraschallwellen auf den Nierenstein einwirken lassen. Trifft man die richtige Frequenz platzt der Nierenstein in kleine Bruchstücke, die den Harnleiter passieren und den Körper so verlassen können. Eine Operation kann so vermieden werden.

Quicktime Film (82 kB)