Was ist die Resonanz und wie kommt sie zustande? Hier und im Video erfährst du alles, was du über das Schwingungsphänomen wissen musst!
Inhaltsübersicht
Was ist Resonanz?
Die Resonanz ist ein Phänomen, bei dem ein Körper mit einer bestimmten Frequenz von außen angeregt und zum Schwingen gebracht wird.
Aufgrund von Resonanzen kann beispielsweise ein Weinglas vibrieren, wenn du es mit einer bestimmten Tonhöhe ansingst. Deine Stimme besteht aus Schallwellen, welche das Glas anregen und bei der richtigen Frequenz zerbrechen lassen. Du kannst die Schwingungen, die im Glas entstehen, dann erzwungene Schwingungen nennen.
Übrigens: Die Resonanz beschreibt das, was du im Alltag als „Mitschwingen“ oder „Mittönen“ bezeichnest.
Resonanz Physik
In der Physik gibt es neben den erzwungenen auch noch die freien Schwingungen. Beide Schwingungsformen sind wichtig für das Verständnis der Resonanz.
Stell dir zur Veranschaulichung der Schwingungsformen ein Pendel vor.
Freie Schwingungen: Beim einmaligen Anschlagen eines schwingungsfähigen Körpers führt er eine freie Schwingung aus. Die Frequenz dieses Körpers heißt Eigenfrequenz. Bei dem Pendel kommt es dazu, wenn du es einmalig auslenkst und dann loslässt. Seine Eigenfrequenz beschreibt die Häufigkeit, mit der es innerhalb von einer Sekunde von links nach rechts pendelt.
Erzwungene Schwingungen: Wenn der Körper periodisch bzw. immer wieder in regelmäßigen Abständen von außen angeregt wird, liegt eine erzwungene Schwingung vor. Verbindest du beispielsweise ein schwingendes Pendel als Erreger mit einem ruhenden, bewegen sich beide. Das ruhende Pendel schwingt als Schwinger mit.
Die Resonanz ist nun ein spezieller Fall der erzwungenen Schwingungen. Bei ihr wird der Schwinger vom Erreger mit der Eigenfrequenz des Körpers angeregt. Dadurch erreicht die Amplitude, beziehungsweise die Auslenkung der Schwingung, ein Maximum. Die Schwingung ist also besonders stark. Beim Pendel bedeutet das, dass das Pendel sich weit auslenken würde.
Jedes Objekt hat eine bestimmte Eigenfrequenz, welche von seiner Form abhängig ist. Bei einem Pendel ist es die Frequenz, nachdem es zum Schwingen losgelassen wird. Im Fall von Schallwellen kannst du beispielsweise ein Weinglas anklopfen. Du hörst dann einen Ton, der so hoch wie die Eigenfrequenz des Glases ist.
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Resonanzkatastrophe
Eine Resonanzkatastrophe tritt auf, wenn die Schwingungsamplituden aufgrund von Resonanzen zu hoch ansteigen und damit den Schwingkörper beschädigen oder zerstören.
Wie hoch die Amplitude durch sie ausschlägt, ist von der Dämpfung der Schwingung abhängig. Zum Beispiel dämpft die Luftreibung bereits Schall im Alltag.
Nun können aber auch absichtlich bestimmte Bauweisen angewendet werden, sodass Wellen stärker gedämpft werden. Das ist beispielsweise bei Brücken wichtig, da sie sonst durch Vibrationen der Luft oder Autos einstürzen können.
Gut zu wissen: Bei der Tacoma-Hängebrücke in den USA kam es 1940 zu einer Resonanzkatastrophe. Der Wind traf zufällig die Eigenfrequenz der Brücke und führte somit zum Einsturz. Obwohl die Windstärke relativ schwach war, entstand die Katastrophe wegen der schlechten Dämpfung.
Resonanz — Beispiel
Ein typisches Beispiel für die Resonanz ist eine Schaukel. Grundsätzlich ist die Schaukel nichts anderes als ein Pendel. Wenn du dich auf eine Schaukel setzt, bist du mit der Schaukel ein Pendelkörper.
Wirst du von außen einmalig angeschubst, kommt es zu einer freien Schwingung. Die Schaukel schwingt hierbei mit einer bestimmten Eigenfrequenz.
Dabei kann die Person von außen dich weiter anschubsen. Jetzt kommt es zu erzwungenen Schwingungen. Wenn die Person dich immer im richtigen Moment anschiebt, trifft sie die Eigenfrequenz der Schaukel und verstärkt somit die Schwingungen. Es kommt zur Resonanz.
Gut zu wissen: Die Schwingungen der Schaukel können aber auch so stark verstärkt werden, sodass die maximale Auslenkung überschritten wird. In dem Fall überschlägst du dich mit der Schaukel.
Musikinstrumente
Resonanz spielt eine wichtige Rolle bei Musikinstrumenten, da sie den Klang des Instruments verbessern kann. Sie verstärkt die Schwingungen und der Klang des Instruments wird lauter und voller. In vielen Instrumenten wie Gitarren, Klavieren und Orgeln werden deshalb Resonanzkörper verwendet.
Auch bei Blasinstrumenten wie Flöten und Saxophonen kommt es zu dem Phänomen. Hier werden Schwingungen durch das Vibrieren der Luft in den Instrumenten erzeugt. Durch geschicktes Anpassen der Luftströmung können Musiker die Resonanz im Instrument kontrollieren und den Klang verändern.
Schall
Jetzt weißt du, dass du mit dem Schall deiner Stimme ein Glas zerbrechen kannst. Was der Schall genau ist und wie schnell er sich ausbreitet, erfährst du hier !
Resonanz — häufigste Fragen
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Resonanz — häufigste Fragen
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Was ist die Resonanzfrequenz?Die Resonanzfrequenz ist die Anregungsfrequenz, bei der ein Körper bei einer erzwungenen Schwingung am stärksten mitschwingt. Sie liegt typischerweise dort, wo die Anregung zur Eigenfrequenz des Körpers passt. Dann wird die Amplitude (maximale Auslenkung) besonders groß.
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Was ist ein Resonanzkörper?Ein Resonanzkörper ist ein Teil, der Schwingungen besonders gut aufnimmt und dadurch verstärkt. Bei Musikinstrumenten sorgt er dafür, dass die Schwingungen der Saite oder der Luft lauter und voller hörbar werden. Ein Beispiel ist der Holzkörper einer Gitarre.
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Was ist der Unterschied zwischen freier und erzwungener Schwingung?Eine freie Schwingung entsteht, wenn man einen Körper einmal auslenkt und dann loslässt, sodass er von allein mit seiner Eigenfrequenz schwingt. Eine erzwungene Schwingung entsteht, wenn ein Körper regelmäßig von außen angeregt wird, zum Beispiel durch wiederholtes Anschubsen.
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Wie erklärt man einem Kind Resonanz?Resonanz erklärt man einem Kind am einfachsten mit einer Schaukel: Man schubst immer wieder in einem gleichmäßigen Rhythmus. Trifft das Schubsen den „richtigen Takt“, wird die Schaukel jedes Mal ein Stück stärker und schwingt immer höher. Das nennt man „Mitschwingen“.
Schwingungen verstehen
Resonanz ist ein bekanntes Phänomen bei Schwingungen in Technik und Alltag. Du vergleichst verschiedene Schwinger und schaust, wie Anregung, Frequenz und Dämpfung zusammenwirken. So erkennst du, warum manche Bewegungen oder Geräusche plötzlich viel stärker werden und wann das gefährlich werden kann. Weitere Videos dazu findest du in unserem Ingenieurwissenschaftenbereich.