Resonanz (Physik)

In der Physik bezeichnet Resonanz das erzwungene Mitschwingen eines schwingungsfähigen Systems, wenn es periodisch angeregt wird. Dieses Mitschwingen kann sich in der Nähe der Eigenfrequenz f₀ des schwingungsfähigen Systems um ein Vielfaches der Erregeramplitude aufschaukeln.

resonance.pngDie Resonanzkurve eines solchen Systems gibt seine Schwingungsamplitude in Abhängigkeit von der Erregerfrequenz an. Je geringer die Dämpfung ist, desto schmaler wird die Resonanzkurve. In Resonanz kann die Amplitude des schwingungsfähigen Systems im Vergleich zur Amplitude der anregenden Schwingung immer größer werden und diese für hinreichend kleine Dämpfungen um Größenordnungen übertreffen. Bei einem schwach gedämpften, schwingfähigen System kommt es zu einem grenzenlosen Anstieg der Amplitude, zumindest bis eine Systemgrenze erreicht ist. In einem solchen Fall spricht man von einer Resonanzkatastrophe.

Um die Funktionsweise von Resonanz zu verstehen, muss man den Phasenunterschied zwischen erregtem und erregendem System betrachten, den sog. Nacheilwinkel.

Das Phänomen der Resonanz ist in der Physik weit verbreitet. Beispiele sind:

In der Mechanik:
- Schaukel
- "Aufschaukeln" der gleichmäßigen Fußtritte einer Marschkolonne
- Starke Vibrationen von Fahrzeugkarosserien bei bestimmten Motordrehzahlen
In der Hydromechanik:
In der Akustik:
- Das Mitschwingen einer (Gitarren)saite, wenn ein gleichgestimmtes Instrument ertönt.
In der Elektrotechnik beim Schwingkreis.
In der Atomphysik:
- Resonanzfluoreszenz eines Atoms oder Moleküls bei Anregung im Lichtfeld.
- Scharfe Absorptionsmaxima im Lichtspektrum der Sonne.
In der Kernphysik:
- Kernspinresonanz des Kernspins. Bringt man einen Atomkern mit einem von Null verschiedenen Gesamtspin in ein Magnetfeld, richtet sich das aus dem Spin resultierende magnetische Moment entweder parallel oder antiparallel zum äußeren Feld aus. Dabei ist die parallele Ausrichtung energetisch bevorzugt. Der antiparallelen Ausrichtung entspricht ein geringfügig höherer Energiebetrag, der durch Einstrahlung von Radiowellen mit einer bestimmten Resonanzfrequenz aufgebracht werden kann. Das Umklappen des Kernspins aus der parallelen in die antiparallele Ausrichtung nach der Energieeinstrahlung bezeichnet man als Kernspinresonanz. Dasselbe Verhalten - Umklappen des Spins - zeigen Elektronen, was man in der Elektronenspinresonanz nutzt.
- Kernresonanz in einer Kernreaktion. Von einer Kernresonanz spricht man dann, wenn bei einem Zusammenstoß zweier Atomkerne kein neuer Atomkern enststeht, sondern bloß ein extrem kurzlebiger (<<10^-16s) Zwischenzustand.

Siehe auch

Weblinks

Java-Applet zur Veranschaulichung

Akustik | Wellenlehre

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