Big Bang HTL 3, Schulbuch

18 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) Abb. 2.26: Ein Glas nur mit Hilfe der Stimme zu zerbrechen, ist unter bestimmten Umständen aus nächster Nähe eventuell möglich! Kann man ein Glas zersingen ( F19 )? Im Prinzip ja. Aller- dings muss dabei die Frequenz genau getroffen und lange genug gehalten werden. Die Anregung muss außerdem so stark sein, dass es zur Resonanzkatastrophe kommt. Mit der Blick in den Körper Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist eine diagnosti- sche Technik zur Darstellung der inneren Organe und Ge- webe und wird seit Mitte der 1980er Jahre angewandt. Die exakte Funktionsweise kann man nur mit Hilfe der Quanten- mechanik verstehen, deshalb wird hier nur das grundlegen- de Prinzip vorgestellt. Bei der MRT nutzt man die Tatsache aus, dass Protonen – und somit auch der gesamte Atomkern – einen Eigendrehimpuls (Spin) besitzen, deshalb sagt man zur MRT auch Kernspintomographie. Durch den Kernspin wirkt jeder Atomkern, salopp gesagt, wie ein kleiner Magnet. Legt man ein künstliches, sehr starkes Magnetfeld an, dann können die Kernspins beim Bestrahlen mit elektromagneti- schen Wellen in Resonanz geraten und absorbieren dabei diese Wellen. Bei welcher Frequenz das passiert, hängt vom Element und somit von der Gewebsart ab. Ähnlich wie beim Schichtröntgen kann man so die Art des Gewebes im Körper Schicht für Schicht erkennen und dreidimensional darstellen (Abb. 2.25). Das Verfahren ist so wichtig, dass schon vier Nobelpreise dafür vergeben wurden. Es darf aber nicht mit dem PET-Scanner verwechselt werden. Auch Weinliebhaber können sich freuen. Mit der MRT kann man nämlich ohne Öffnen der Flasche erkennen, ob alte Weine noch in Ordnung sind. Ein verdorbener Wein enthält Essigsäure, und die kann man mit der MR erkenen. Das ist gut, denn wer möchte schon um 30.000 Euro eine Flasche Essig kaufen? i Abb. 2.25: 3d-Darstellung mit Hilfe der MRT „nackten“ Stimme, also ohne Laufsprecher, schafft man das aus der Entfernung auf keinen Fall. Es gibt allerdings im In- ternet Videos, die zeigen, dass man ein Weinglas zersingen kann, wenn man mit dem Mund wenige Zentimeter heran- geht. Allerdings klappt das auch nur hin und wieder. Grob gesehen gibt es nur drei Möglichkeiten , wie sich eine Schwingungsamplitude mit der Zeit verhalten kann (Abb. 2.28). Wenn die zugeführte Energie zu gering ist oder gar keine Energie zugeführt wird, dann sinkt die Amplitude ab. Wenn die zugeführte Energie die Reibungsverluste gerade ausgleicht, hat man eine ungedämpfte Schwingung. Wenn aber die zugeführte Energie sogar höher ist als die Verluste, dann wird die Amplitude immer größer und das endet letztlich in einer Resonanzkatastrophe . Abb. 2.28: Mögliche zeitliche Verläufe der Amplitude einer Schwingung Dann hat man im harmlosesten Fall einen ausgeschütteten Teller Suppe ( F11 ). Resonanzkatastrophen können aber auch Bauten zum Einsturz bringen. 1985 gab es in Mexiko City ein Beben, bei dem die niedrigen und die hohen Häuser stehen blieben, während die mittelhohen einstürzten. Warum? Ein Haus verhält sich ähnlich wie ein Pendel: Je höher es wird, desto langsamer ist seine Eigenschwingung . Die Erdbebenwellen hatten in diesem Fall eine Frequenz von etwa 0,5 Hz, und das war eben gerade die Resonanz- frequenz der mittelhohen Häuser ( F16 ). Es klingt absurd, Tüüüt Man hört sie ständig, die Autohupen . Aber hast du dir ein- mal überlegt, wie so eine Hupe funktioniert? Eine Hupe ist im Prinzip eine Mischung aus Klingel und Lautsprecher. Sobald jemand auf die Hupe drückt, beginnt Strom durch die Spule zu fließen. Diese erzeugt ein Magnet- feld und zieht die Membran an (b). Dadurch wird der Strom- kreis unterbrochen, es gibt kein Magnetfeld mehr, und die Membran schwingt wieder in die Ausgangsstellung zurück (c). Dadurch schließt sich der Stromkreis und so weiter. i Abb. 2.27: Funktionsweise einer Autohupe Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv