Erzwungene Schwingung - Resonanzkatastrophe
Physik - simpleclub
https://www.youtube.com/watch?v=xcjv_vQJO7U

Transkript (automatisch erstellt)

0:01 Wer von euch kennt die Geschichte von der Takacoma Bridge? Guck mal genau an, was passiert.
0:09 [Musik] Und bä, das war's. Wie das passiert ist, erklären wir jetzt. [Musik]
0:23 Fangen wir mal mit einer kleinen Vorstellungsaufgabe an. Stellt euch mal ein einfaches Seil vor. Die Farbe dürft ihr euch ausen. Vielleicht habt ihr ja
0:31 schon mal in eurem Leben mit einem Kumpel so ein Seil in der Hand gehabt und dann habt ihr es geschwungen. Euer Seil hat sich dann bewegt hoch und
0:39 runter, hoch und runter. Je nachdem, wie schnell ihr jetzt das Seil angeregt habt, also wie schnell ihr mit der Hand hin und her geschwungen seid, hat sich
0:48 das Seil anders verhalten. Manchmal gab es einen Kuddelmuddel. Dabei hat sich das Seil fast nicht oder nur ganz komisch bewegt.
0:56 Manchmal habt ihr eure Hand aber genauso schnell bewegt, dass das Seil eine schöne Schwingung ausgeprägt hat. Teilweise wurde die Schwingung dabei so
1:04 stark, dass es euch das Seil aus der Hand gerissen hat. Habe ich recht? Das kennt ihr zu 100% alle, dass euch das Seil aus der Hand gerissen wurde. Wenn
1:14 so etwas passiert, dann sprecht ihr von einer erzwungenen Schwingung oder allgemeiner Resonanz. Resonanz bedeutet, dass das Seil immer
1:23 stärker schwingt. Und wenn ihr mit eurer Hand mit einer gewissen Frequenz mitschwingt, dann regt ihr diese Resonanzschwingung immer mehr an. Ihr
1:31 fügt der Schwingung durch eure Handbewegung immer mehr Schwingungsenergie hinzu. Solange bis die Schwingung so stark ist, dass es
1:38 euch das Seil aus der Hand reißt. Die Frequenz, mit der euer Seil oder ein anderes System angeregt werden muss, um in Resonanz zu geraten, wird
1:47 Resonanzfrequenz genannt. Was ist jetzt aber mit der Takacom Bridge da passiert? Wenn ihr jetzt an Resonanz denkt, dann liegt ihr schon mal richtig.
1:57 Vorhin haben wir ja gesagt, dass Anregen des Systems mit der Resonanzfrequenz zu Resonanz führt. Das bedeutet, dass ihr dem System beim Anregen immer mehr
2:05 Schwingungsenergie hinzufügt und das System somit immer stärker schwingt. In der Realität hat das System beim Schwingen natürlich auch immer
2:14 Schwingungsverluste, Reibung, Luftwiderstand und so weiter. Die steigen auch mit wachsender Amplitude. Ab diesem Punkt gibt es jetzt zwei
2:22 Möglichkeiten für die Resonanz. Die erste ist die Möglichkeit, die man in Technik immer anstrebt. Dabei wächst die Amplitude der Schwingung bis zu dem
2:30 Punkt, an dem die hinzugefügte Schwingungsenergie gleich der Schwingungsverluste ist. Wenn dem schwingenden System genauso viel Energie
2:38 hinzugefügt wird, wie man durch Reibung verliert, dann ist die Energieänderung des Systems gleich null. Damit landet das System in einem stabilen Zustand,
2:48 indem es mit konstanter Amplitude weiterschwenkt. Den anderen Fall bei der Resonanz habt ihr vorhin bei der Tacoma Bridge
2:55 gesehen. Dieser Fall wird Resonanzkatastrophe genannt. Katastrophe passt hier wirklich. Das System wird nämlich immer mehr angeregt und nimmt
3:04 immer mehr Schwingungsenergie auf. Zugleich sind die Schwingungsverluste aber zu klein, um genug Schwingungsenergie zu verlieren. Das
3:12 bedeutet, dass das System immer mehr Schwingungsenergie bekommt, da die Änderung der gesamten Schwingungsenergie positiv ist und die Amplitude schaukelt
3:21 sich somit immer mehr auf, so lange bis das System den schwingfähigen Amplitudenbereich verlässt. Also die Amplitude größer wird als das System
3:30 überhaupt verträgt. Das System kollabiert dann oder auf Deutsch es wird zerfetzt. Und das wird dann Resonanzkatastrophe
3:38 genannt. Das beste Beispiel ist die Takaoma Bridge. Der Wind hat so saumäßig bescheuert durch das Teil der Brücke geblasen, dass er genau die
3:46 Resonanzfrequenz der Brücke getroffen hat. Dabei ist dann die Brücke immer mehr in Schwingung geraten und irgendwann war eben der Stahl und der
3:54 Beton nicht mehr elastisch genug, um die Schwingung auszuhalten und die Brücke hat es im wahrsten Sinne des Wortes zerrissen. Eine Resonanzkatastrophe, wie
4:02 sie im Buche steht. Deswegen gilt beim Brückenbauen die Brücke so konstruieren, dass der Wind oder drüberfahrende Autos und so weiter
4:10 nicht die Resonanzfrequenz der Brücke trifft, weil sonst kann das Ding da bis hin zur Resonanzkatastrophe und somit zur Zerstörung schwingen. Was merkt ihr
4:20 euch jetzt? Technische Systeme besitzen meistens eine Resonanzfrequenz. Wird das System mit dieser Resonanzfrequenz angeregt, so gerät es in Resonanz. Okay,
4:30 Resonanz bedeutet, dass sich die Schwingung im System immer mehr aufschockelt. Werden die Schwingungsverluste des schwingenden
4:37 Systems genauso groß wie die hinzugefügte Energie, dann entsteht ein stabiler Zustand. Das ist der optimale und in der Technik genutzte Fall. Oder
4:46 die Schwingungsverluste sind einfach zu klein. Dann schwingt das System immer mehr und kollabiert irgendwann. Die sogenannte Resonanzkatastrophe.
4:55 Wenn ihr Beispiele zur Resonanz im Alltag sucht, dann haben wir hier das perfekte Video für euch. Um in Instrumenten Töne zu erzeugen, benötigt
5:02 man nämlich stehende Wellen und auch Resonanz. Was dafür alles erfüllt sein muss, könnt ihr in diesem Video sehen und am Ende noch ein Beispiel dazu
5:09 rechnen. Falls ihr dieses Video gut erklärt oder unterhaltsam oder einfach geil fandet, dann empfiehlt uns doch euren Freunden oder tätowiert euch unser
5:17 Oger auf den Bizeps. Bis dann und haut rein. Wir sehen uns und ciao.