Hoofdbanner

Resonantie (= het meetrillen van voorwerpen door een gedwongen trilling van buitenaf) is een bijzonder verschijnsel. Het levert aangename ervaringen op, zoals bij de versterking van geluid bij muziekinstrumenten als een gitaar, maar even vaak hindert het ons.  Denk aan de (ouderwetse) transformator die een laag brommend geluid geeft, veroorzaakt door de frequentie van het lichtnet (= 50 Hz). Zodat de toonhoogte van het geluid ook 50 Hz is. Of de koelkast die meetrilt, ramen en kopjes bij langsdenderend vrachtverkeer, het touw van een vlaggenmast etc.

Wat gebeurt er?
Elk voorwerp heeft de eigenschap dat het kan gaan trillen met een bepaalde frequentie. Deze frequentie is voor ieder voorwerp anders. Dit heet de eigenfrequentie van het voorwerp. Tik tegen een voorwerp: het geluid dat je hoort is de eigenfrequentie. De trilling die van buitenaf op het voorwerp wordt uitgeoefend, wordt een gedwongen frequentie genoemd. Zodra de gedwongen frequentie gelijk is aan de eigenfrequentie van een voorwerp, krijg je resonantie. Resonantie leidt tot een grotere amplitude (= maximale uitwijking) en leidt tot een verhevigd trillen. Zo kunnen er glazen breken als een zangeres een juist gekozen hoge noot zingt. De frequentie van de trilling van de stem van de zangeres is dan gelijk aan de eigenfrequentie van het glas.

Hoe zit dit natuurkundig in elkaar?
Vergelijk het met een schommel. Deze heeft een eigenfrequentie, alleen afhankelijk van de lengte van het touw. Zie de formule hieronder, waar de trillingstijd T recht evenredig is met de wortel uit de lengte (g is de valversnelling die constant is).

  Schommel
  
Wanneer je een schommel op willekeurige momenten tijdens het zwaaien een duw geeft, zal hij nooit veel hoger komen. Geef je 'm daarentegen iedere keer op het moment dat de schommel op z'n hoogste punt even stil hangt een duw mee, dan wordt de uitwijking steeds groter. Je duwt dan mee in de frequentie van de schommel. Jij zorgt dan voor de resonantie.

Bruggen hebben ook een eigenfrequentie. Daar hadden de bouwers van de Tacoma Narrow Bridge (in 1940) geen rekening mee gehouden. Zie hier hoe de tuien van de brug door de wind (die voor de gedwongen frequentie zorgt) vervaarlijk gaan slingeren en de brug tenslotte in elkaar stort.
Ook de Erasmusbrug in Rotterdam (ook wel De Zwaan genoemd) had resonantieproblemen tijdens de eerste jaren na de ingebruikstelling (in 1996). Door extra kabels aan te brengen heeft men de mogelijkheid tot resonantie er uit weten te krijgen.
Zelfs een kolonne soldaten kan bij het marcheren een trilling veroorzaken met een frequentie die even hoog is als de eigenfrequentie van de brug waar ze overheen lopen. Daarom lopen ze verplicht uit de maat bij het oversteken van een brug.

Een ander voorbeeld van resonantie:
Als je op een bierflesje blaast veroorzaak je een ruis met een heleboel trillingen met verschillende frequenties. Eén daarvan is gelijk aan de eigenfrequentie van het flesje, waardoor de luchtkolom in het flesje gaat resoneren. Je hoort een toon. Je kunt de eigenfrequentie van het flesje en dus de toon veranderen door er meer of minder water in te doen. De lengte van de luchtkolom verandert en dus ook de toonhoogte. Kortere luchtkolom betekent een hogere toon. Zo kun je met een tiental bierflesjes, steeds gevuld met een verschillende hoeveelheid water, alle mogelijke tonen tevoorschijn toveren. Als een soort van xylofoon.
Bierflesjes als muziekinstrument, het is weer eens wat anders.