Foto Credit: Emmanuel Claude
Ein Weinglas mithilfe der Stimme zum Bersten bringen: Mythos oder Realität?
Ja, das geht! Allerdings braucht man dazu eine kräftige Stimme, und etwas Übung. Aber wie ist das überhaupt möglich?
Jedes Objekt besitzt eine natürliche Eigenfrequenz, bei der es am leichtesten in Schwingung versetzt werden kann – die sogenannte Resonanzfrequenz (siehe Infobox). Wird das Glas angeschlagen, erzeugt es durch die Vibration einen Ton, der genau diese Frequenz hat. Wenn man umgekehrt nun diesen Ton durch einen Lautsprecher abspielt, beginnt die Glaswand zu vibrieren.
Durch die Resonanz verstärken sich die Schwingungen. Dieses Prinzip ähnelt dem Schaukeln eines Kindes: Werden die Schubkräfte im richtigen Moment appliziert, steigt die Amplitude stark an, obwohl die einzelnen Schübe klein sind.
Wenn die Schwingungsamplitude hoch genug wird, überschreiten die inneren Spannungen die strukturelle Festigkeit, und das Glas zerbricht.
Infobox
Jeder Körper kann durch äussere Anregung in Schwinung versetzt werden. Dabei hat jeder Körper eine natürliche Schwingungsfrequenz, bei der er besonders stark in Schwinung gerät. Diese Frequenz bezeichnet man als Resonanzfrequenz. Das ist wie bei einer Schaukel: schubst man sie im richtigen Rythmus an, schwingt sie immer höher. Schubst man sie jedoch in den falschen Momenten an, schwingt sie quasi gar nicht. Beim Glas sorgt die passende Tonhöhe (Tonfrequenz) der Stimme dafür, dass die Schwingungen immer größer werden. Ist die Schwingung stärker als das Material aushält, kann das Glas zerspringen. Hier sind einige Beispiele aus dem Alltag:
- Starker Gleichschritt kann eine Brücke in Schwingung versetzen (deshalb marschieren Soldaten dort nicht im Takt).
- Gitarrensaiten oder Geigenkörper verstärken bestimmte Töne durch Resonanz.
Müssen die Kandidaten in Take Off also gut singen können, um die Challenge zu lösen?
Nein! Die Kandidaten wurden von einem Lautsprecher unterstützt, der Töne abspielen kann und mussten nicht selbst singen.
In dieser Challenge ging es darum, die Resonanzfrequenz (Eigenfrequenz) eines Weinglases zu bestimmen – also den Ton, bei dem das Glas besonders stark schwingt. Dieser lässt sich herausfinden, indem man leicht gegen das Glas klopft. Anschließend mussten die Kandidaten genau diese Tonfrequenz mithilfe von Schall erzeugen, um das Glas zum Zerbrechen zu bringen.
Jeder Kandidat erhielt dafür ein Weinglas, einen Lautsprecher, einen Frequenzanalysator (ein Messgerät, das die Tonhöhe misst) und einen Strohhalm. Der Strohhalm im Glas dient dazu, die Schwingungen besser sichtbar zu machen. Je mehr der Strohhalm im Glas hin und her springt, desto näher ist man an der richtigen Tonfrequenz.
Die Challenge besteht also aus zwei Schritten:
- Resonanzidentifikation: Zunächst wird das Glas leicht angeschlagen. Mithilfe des Frequenzanalysators wird die genaue Frequenz ermittelt, bei der das Glas am stärksten schwingt.
- Akustische Resonanz: Anschließend wird diese exakte Frequenz über den Lautsprecher abgespielt. Hierbei entsteht die Resonanz: das Glas wird durch die Schwingungen der Luft zum Vibrieren und schließlich zum Zerbrechen gebracht.
Du willst die Challenge nachmachen? Hier ist alles, was du brauchst:
- 1 dünnwandiges Weinglas (was nicht mehr gebraucht wird!)
- 1 Lautsprecher mit Verbindung zum Smartphone
- Frequenzanalysator (z.B. Smartphone App “bs spectrum” oder “Cleartune”)
- Eine App zum Abspielen einer bestimmten Frequenz: z.B. Tone Generator
- Alternativ zum Frequenzanalysator: 1 Strohhalm (der Strohhalm vibriert, wenn du die richtige Frequenz gefunden hast und das Glas zu schwingen beginnt)
- Sandpapier (um das Glas anzurauen: somit ist schon ein Ritz da, was den Bruch erleichtert)
Und hier findest du eine genaue Anleitung:
- Weinglas auf eine stabile Unterlage stellen.
- Mit leichtem Anschlagen die Schwingung erzeugen.
- Frequenzanalysator verwenden, um die Resonanzfrequenz zu identifizieren.
- Den Lautsprecher so positionieren, dass er das Glas direkt anstrahlt.
- Die exakt bestimmte Resonanzfrequenz mit der Ton-Generator App abspielen. Ein Strohhalm im Glas sollte sehr stark hin und her springen.
- Wenn man das Glas zu Bruch bringen will, muss man die Oberfläche sowie den oberen Rand leicht mit Sandpapier ankratzen. Jetzt die Lautstärke vorsichtig steigern, bis das Glas durch die Schwingungen bricht.
Tipp: Bereits kleine Abweichungen von der Resonanzfrequenz verhindern das Zerbrechen. Präzision ist also entscheidend. Es ist wichtig die Hauptfrequenz zu identifizieren, da ein Glas meistens in mehreren Frequenzen schwingt. Die Hauptfrequenz ist die Frequenz mit der höchsten Amplitude.
Schlüsselfaktoren:
- Resonanzfrequenz exakt treffen: jedes Glas ist unterschiedlich (Größe, Form, Material).
- Ausreichende Lautstärke: die Schallenergie muss die Materialresistenz überwinden.
- Frequenzstabilität: kontinuierlicher Ton ohne Abweichungen.
Autorin: Diane Bertel
Editorin: Joseph Rodesch (FNR), Lucie Zeches (FNR)
Fotos: Emmanuel Claude
Infobox
Die Broughton Suspension Bridge war eine Hängebrücke über den River Irwell in England, gebaut 1826. Am 12. April 1831 stürzte sie ein, als rund 70 Soldaten zurück zur Kaserne marschierten. Zunächst marschierten sie nicht im Gleichschritt. Durch die Schwingungen der Brücke animiert, pfiffen einige Soldaten ein Marschlied, worauf die Soldaten wohl ihren Schritt dem Lied und den Schwingungen anpassten, was diese erheblich verstärkte. Ein Pylon fiel um, Teile der Fahrbahn stürzten fünf Meter tief in den Fluss. Rund 40 Soldaten fielen ins Wasser; es gab keine Todesopfer, aber etwa 20 Verletzte.
So wurde das Problem von Resonanzverstärkung allgemein bekannt. Seitdem gilt die militärische Vorschrift: „Truppen dürfen nicht im Gleichschritt über Brücken marschieren.“ An der Albert Bridge in London befindet sich heute noch ein Schild mit dem Warnhinweis All troops must break step!
Hier kannst du dir ansehen, wie die Kandidaten diese Challenge gelöst haben: (die Folge erscheint erst am 23.01.26)
Ein paar Eindrücke aus der dritten Folge:
