Was ist Resonanz? Einfach erklärt

• Was ist Resonanz? Was hat das Ganze mit Schwingungen und Energie zu tun?
• Und was bedeutet „Wir resonieren miteinander“ oder „Wir sind auf derselben Wellenlänge“?
• Und was hat Resonanz mit Quantenphysik und Musik zu tun?

Resonanzfrequenz

Bob: Hi Alice, was ist Resonanz?

Alice: Resonanzen treten in schwingenden oder vibrierenden Systemen auf. Nehmen wir als Beispiel eine Schaukel. Wenn du eine Schaukel einmal anschubst, dann beginnt sie zu schwingen, stimmts?

Bob: Ja klar.

Alice: Okay, jetzt möchtest du, dass die Schaukel immer höher schwingt. In anderen Worten, du möchtest ihre Amplitude erhöhen. Was tust du?

Bob: Ich schubse sie weiter an.

Alice: Genau, aber wie?

Bob: Ich muss im genau richtigen Moment schubsen. Wenn ich im falschen Moment schubse, dann bremse ich sie sogar.

Alice: Exakt. Das ist Resonanz. Wenn du der Schaukel einen kurzen Stoß gibst, schwingt sie mit einer bestimmten Frequenz. Das ist ihre sogenannte Eigenfrequenz.

Bob: Was bedeutet nochmal Frequenz?

Alice: Die Frequenz sagt dir wie oft die Schaukel pro Sekunde schwingt. Sagen wir mal sie schwingt ein Mal pro Sekunde. Dann ist ihre Frequenz 1Hz.

Die Frequenz, mit der du schubst nennt man auch die Erregerfrequenz. Damit deine Schubs-Energie der Schaukel zugeführt wird, musst du sie mit ihrer Eigenfrequenz anschubsen. Deshalb nennt man die Eigenfrequenz auch Resonanzfrequenz.

Bob: Ach so. Und wenn ich mit der Resonanzfrequenz schubse, dann schwingt die Schaukel bei jeder Schwingung ein wenig höher und bekommt dadurch etwas mehr Energie?

Alice: Genau. Resonanzen treten überall auf der Welt auf. Bei Musikinstrumenten bestimmen Resonanzfrequenzen den Ton, den du hörst.

Bei Brücken und Gebäuden möchte man verhindern, dass der Wind ihre Resonanzfrequenzen anregen kann, weil diese sonst immer stärker schwanken und irgendwann zerstört werden. Das nennte man auch eine Resonanzkatastrophe.

Unsere komplette Funk/Telefon/Radio- und Internettechnologie nutzt Resonanzen um Informationen effizient zu übertragen. Und eine ganz besondere Rolle spielen Resonanzen in der Quantenphysik.

Bob: Das klingt spannend.

Resonanz in der Quantenphysik

Alice: Ist es auch. Atome, Elektronen und auch Licht sind fundamental Wellen. Und diese Wellen schwingen mit bestimmten Frequenzen. Wir können die Atome um uns herum nur deshalb sehen, weil das für uns sichtbare Licht genau im richtigen Frequenzbereich liegt.

Nur wenn die Frequenzen aufeinanderpassen – man sagt auch „resonant sind“ – dann kann das Licht mit den Atomen reden und deinem Auge erzählen wo die Atome sind. Wir sehen die Dinge um uns herum nur deswegen, weil das Licht mit den Atomen resonant ist.

Bob: Das ist ja abgedreht. Heißt das, dass Luft unsichtbar ist, weil die Luft-Atome eben nicht mit sichtbarem Licht resonant sind?

Alice: Genau. Natürlich hat sich unser Auge evolutionär genau so entwickelt, dass wir genau den Frequenzbereich von elektromagnetischer Strahlung sehen, welcher mit festen Atomen resonant ist, aber mit Luft nicht.

Bob: Macht Sinn. Wenn’s umgekehrt wäre, wäre für uns immer Nebel und wir würden uns ständig die Knie irgendwo anhauen.

Alice: So ist es.

Resonanz in der Musik

Bob: Ja cool. Wie ist das eigentlich bei der Musik? Wenn ich ein A auf einer Gitarre spiele, dann schwingt das A von meinem Klavier manchmal mit. Ist das auch Resonanz?

Alice: Ja! Das ist ein sehr gutes Beispiel. Die Note A hat eine Frequenz von 440Hz. Das bedeutet die Saite schwingt 440 mal pro Sekunde.

Diese Schwingungen, verstärkt durch den Klangkörper deiner Gitarre, bringt auch die Luft um sie herum zum Schwingen. Diese Luftschwingungen nennt man dann Schallwellen. Und diese Schallwellen breiten sich im Raum aus und rütteln dann auch an allen Klaviersaiten.

Aber nur die Saiten, deren Eigenfrequenzen ein ganzzahliges Vielfaches von 440 Hz sind fangen an zu schwingen, weil nur dort das Timing der Energiezufuhr durch die Schallwellen perfekt passt. Bei allen anderen Noten passt das Timing nicht, und die Saiten bekommen nicht genug Energie um hörbar zu schwingen.

Bob: Weil das unpassende Timing die Amplitude der Saiten sofort wieder dämpft, richtig?

Alice: Ich bin beeindruckt. Du benutzt ja schon die richtigen Physikwörter.

Bob: Eins verstehe ich nicht. Du hast gesagt, wenn man so eine Klaviersaite mit ihrer Resonanzfrequenz anregt, dann bekommt sie immer mehr Energie. Sollte die Saite dann nicht immer stärker schwingen und der Ton immer lauter werden, bis sie irgendwann reißt?

Lebensdauer von Schwingungen

Alice: Wenn es keine Energieverluste, wie zum Beispiel Reibung, gäbe, würde das tatsächlich passieren. Aber die Saite ist ja irgendwo befestigt und dort wird die Saite und das Material, an dem sie befestigt ist, wärmer. Dadurch verliert die Schwingung die ganze Zeit Energie. Die maximale Schwingungsamplitude ergibt sich aus einem Gleichgewicht zwischen Energiezufuhr und Energieverlust.

Der Energieverlust bestimmt auch wie lange es dauert bis die Schwingung zum Stillstand kommt, wenn du aufhörst sie anzuregen. Man spricht hier von einer Lebensdauer der Schwingung.

Je geringer dieser Energieverlust (je höher die Lebensdauer), desto stärker und länger kann die Saite schwingen. Und jetzt kommt was sehr Interessantes: Die Lebensdauer bestimmt auch wie genau man die Resonanzfrequenz treffen muss, um die Saite überhaupt erst zum Schwingen zu bringen.

Je höher die Lebensdauer, desto genauer muss man die Frequenz treffen. Dieser überraschende Zusammenhang folgt aus wunderbar eleganter Mathematik, die man Fouriertransformation nennt. Indem man misst wie ein System auf verschiedene Erregerfrequenzen reagiert, kann man also seine Schwingungslebensdauer und seinen Energieverlust berechnen.

Bob: Das klingt super abgedreht, aber ich muss zugeben, da steig ich aus. Das schau ich mir mal genauer an, wenn mir das Gras ausgeht. Aber ich habe noch eine andere Frage: Was bedeutet das, wenn jemand sagt: „Diese oder jene Person resoniert mit mir“? Und hat das was mit dem Spruch „Wir sind auf einer Wellenlänge“ zu tun?

Das resoniert mit mir

Alice:  Tatsächlich ist die Wellenlänge einer Welle eng mit ihrer Frequenz verknüpft. Und zwar über die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle.

Bob: Versteh ich nicht.

Alice: Stell dir einen Sprinter vor. Die Geschwindigkeit des Sprinters ist seine Schrittfrequenz mal seine Schrittlänge, stimmts?

Bob: Macht Sinn. Je größer die Schritte und je schneller er einen Fuß vor den anderen setzt, desto schneller ist er.

Alice: Genau. Und genauso ist die Geschwindigkeit einer Welle, ihre Wellenlänge mal ihre Frequenz. Im Vakuum (oder Luft) ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht immer die Lichtgeschwindigkeit.

Das heißt wenn du die Frequenz von deinem Licht weißt, dann weißt du automatisch auch ihre Wellenlänge. Deshalb gibt es auch viele Bilder vom elektromagnetischen Spektrum bei denen anstatt der Frequenz die Wellenlänge angetragen ist. Diese enthält dieselbe Information.

Bob: Ah verstehe. Das heißt die Sätze „Wir sind auf einer Wellenlänge“ und „Wir resonieren miteinander“ meinen in Bezug auf Resonanz dasselbe?

Alice: Fast. Manchmal sind die Ausbreitungsgeschwindigkeiten von verschiedenen Wellen unterschiedlich. Trotzdem können sich diese Schwingungen gegenseitig anregen.

Für den Resonanzfall müssen die Frequenzen aufeinanderpassen und die Wellenlänge ist erstmal nebensächlich. Allerdings bin ich mir nicht sicher, ob beim zwischenmenschlichen Kontakt wirklich irgendwelche Resonanzen angeregt werden.

Aber es werden auf jeden Fall neuronale Schaltkreise im Gehirn getriggert. Das funktioniert mit Mustererkennung, sowie ich das verstehe. Allerdings bin ich mir nicht ganz sicher wie genau neuronale Schaltkreise getriggert werden.

Bob: Könnten da eventuell irgendwelche elektronischen Resonanzen eine Rolle spielen? Also dass die elektrischen Signale, die von unseren Sinnen kommen, irgendwie in Resonanz mit den neuronalen Mustern in unserem Gehirn kommen?

Alice: Könnte sein. Weiß ich aber nicht. Allerdings werden deine neuronalen Schaltkreise auch getriggert, wenn du jemanden überhaupt nicht leiden kannst. Und dann sagt man ja „Wir sind nicht auf einer Wellenlänge„.

Diese Aussage ist dann zumindest aus wissenschaftlicher Sicht inkorrekt. Aber bei Sprache geht’s ja um Kommunikation und nicht um wissenschaftliche Korrektheit. Und solang jeder weiß was damit gemeint ist, ist es wurscht würde ich sagen 😊

Das Gesetz der Anziehung

Bob: Sehe ich auch so! Auch im Zusammenhang mit dem Gesetz der Anziehung wird ja viel von Resonanz gesprochen. Das was man denkt und fühlt zieht man durch Resonanz in sein Leben. Und zwar Negatives wie Positives. Macht der Begriff Resonanz in diesem Zusammenhang Sinn?

Alice: Gute Frage. Wenn beim triggern von neuralen Mustern Resonanzen eine Rolle spielen, macht die Wortwahl sogar Sinn. Weil man sein Gehirn durch emotionsgeladenes Visualisieren umprogrammiert. Man legt dadurch neue neuronale Muster an.

Das macht dein Gehirn dann für Situationen empfindlich, die dir das Gewünschte oder von dir Abgelehnte in dein Leben bringen könnten. Tritt so eine Situation dann auf, lässt dich das dein Gehirn wissen, indem es die demensprechende Emotion generiert. Dann handelst du anders, als wenn diese Muster in deinem Gehirn nicht vorhanden wären.

Bob: Ah verstehe. Dass unsere Gedanken nicht wirklich Wellen aussenden, die dann mit dem Universum resonieren und dir das Gewünschte in dein Leben ziehen, haben wir ja hier schon besprochen.

Alice: Genau.

Bioresonanz und das Gesetz der Resonanz

Bob: Und was ist eine Bioresonanz? Da ist irgendwie vom Gesetz der Resonanz die Rede.

Alice: Pseudowissenschaftlicher Quatsch um eine Heilungsmethode zu verkaufen die sich Bioresonanzmethode nennt. Leider wird genau wie Quantenphysik auch der Begriff Resonanz in der Pseudowissenschaft und in der Esoterik oft missbraucht, um Ahnungslosen und Schulmedizinskeptikern Geld aus den Taschen zu ziehen.

Bob: Danke, Alice. So einfach hat mir das mit der Resonanz noch niemand erklärt.

Fazit

Resonanz tritt dann auf, wenn man ein schwingfähiges System mit seiner Resonanzfrequenz anregt. Dadurch wird dem System in den richtigen Momenten Energie zugeführt, sodass es immer mehr Energie bekommt.

Regt man dasselbe System mit einer anderen Frequenz an, wird sehr viel weniger Energie übertragen. Je geringer der Energieverlust der Schwingung ist, desto stärker und länger schwingt es, aber desto genauer muss man die Resonanzfrequenz treffen, um es überhaupt zum Schwingen zu bringen.

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