Erzwungene Schwingungen und Resonanz

Erzwungene Schwingungen und Resonanz
Physik Klasse 6

Die Eigenfrequenz

Versuch:

Man hängt an einem Faden verschiedene Schraubenschlüssel auf. Wenn man die Schlüssel anschlägt, erzeugt jeder einen eigenen Ton. Jeder Schlüssel schwingt mit einer ganz bestimmten Frequenz, mit seiner Eigenfrequenz.

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Jeder schwingende Gegenstand hat eine bestimmte, zu ihm passende Eigenfrequenz.

Erzwungene Schwingungen

Versuch:

Man schlägt eine Stimmgabel an und hält sie an verschiedene Gegenstände. Der Ton wird manchmal lauter. Der Ton ist am lautesten bei einer Stimmgabel mit Klangkasten.

Das liegt daran, dass die Stimmgabel einige Gegenstände in der gleichen Frequenz mitschwingen lässt. Das verstärken den Ton. Dieses Mitschwingen nennen wir erzwungene Schwingung.

Eine Schallquelle kann andere Körper zu erzwungenen Schwingungen anregen. Dadurch werden Töne und Geräusche lauter.

Versuch mit einem Wecker:

Stelle zu Hause einen (mechanischen) Wecker in eine Blechschüssel und lasse ihn klingeln. Wann ist das Klingeln lauter? (Mit oder ohne Schüssel?)

Stimmgabel mit Klangkasten.
Eine Stimmgabel, die fest auf einen Klangkasten montiert ist, lässt diesen immer in ihrer eigenen Frequenz mitschwingen.
Dadurch wird der Ton der Stimmgabel um einiges verstärkt.
(Erinnere dich auch an den Nagelkasten, dort lassen die angeschlagenen Nägel den Kasten mitschwingen.)



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Zusammenfassung:

Eine Schallquelle kann einen Gegenstand  zum Mitschwingen zwingen. Dieser Gegenstand hat oft eie größere Fläche. Die Schallquelle zwingt dabei dem Gegenstand ihre Frequenz auf. Beide schwingen mit der Frequenz des Erregers. Der Schall wird verstärkt.

Resonanz

Versuch mit Stimmgabeln:

Wir haben zwei gleiche Stimmgabeln auf Klangkästen. Wenn du eine Stimmgabel anschlägst, hörst du einen klaren reinen Ton. Der Klangkasten verstärkt diesen Ton, er wird lauter. Da beide Stimmgabeln gleich sind, schwingen sie mit der gleichen Eigenfrequenz. Sie senden den gleichen Ton aus.

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Kann eine Stimmgabel die andere zum Mitschwingen anregen?
Wenn beide Gabeln die gleiche Eigenfrequenz haben, tönt auch die nicht angeschlagene Gabel. Sie wird zum Mitschwingen gezwungen. Sie sendet sogar noch Schall aus, wenn die angeschlagene Gabel gestoppt wird. Dieser Vorgang heißt Resonanz.

Von Resonanz spricht man, wenn ein schwingender Gegenstand einen anderen mit dessen Eigenfrequenz zum Schwingen anregt. Resonanzschwingungen sind besonders heftig.




Resonanz muss man vermeiden.

Beispiel 1:

Ein klapperiger LKW klappert vor der Ampel, denn der Motor im Leerlauf dreht oft lauter als wenn er fährt.
Grund: Der Motor versetzt Teile des LKW’s in Resonanzschwingungen. Einzelne Teile können sich lösen oder abbrechen.

Beispiel 2:

Ein Autoreifen, der nicht richtig ausgewuchtet ist, kann bei bestimmten Geschwindigkeiten das Lenkrad und Teile des Autos in Resonanzschwingungen versetzen.

Beispiel 3:

Soldaten dürfen auf einer Brücke nicht im Gleichschritt marschieren. Sie können Tritt für Tritt die Brücke in ihrer Eigenfrequenz anregen. Die Brücke könnte einstürzen.

Beispiel 4:

Auf der Schaukel ist Resonanz erwünscht. Wenn du immer im richtigen Augenblick Schwung gibst oder dich anschubsen lässt, schwingt die Schaukel immer heftiger.

Beispiel 5:

Stürmen können Hochspannungsleitungen so heftig zu Schwingungen zweingen, dass sie abreißen.

Beispiel 6:

Angeblich soll es Sänger geben, die mit ihrer Stimme Gläser zum Zerspringen bringen können.

Musikinstrumente haben keinen Resonanzkörper.
Viele Musikinstrumente haben Klangkästen um den Ton zu verstärken. Die Klangkästen müssen so gebaut werden, dass sie niemals in Resonanzschwingungen versetzt werden. Das würde bei einer Geige bedeuten, dass die Geige bei einem bestimmten Ton besonders laut tönt. Das ist unerwünscht.





Hier finden Sie eine Übersicht über weitere Beiträge zum Thema Schall, Lärm, Licht und Sehen, darin auch Links zu Aufgaben.

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