Töne geben den Ton an

Die Schwingungsplatte von oben: Die runden Metallobjekte folgen dem vorgegebenen roten Weg. Blau ist die tatsächlich zurückgelegte Route eingezeichnet. (Foto: Quan Zhou / Aalto University)
Die Schwingungsplatte von oben: Die runden Metallobjekte folgen dem vorgegebenen roten Weg. Blau ist die tatsächlich zurückgelegte Route eingezeichnet. (Foto: Quan Zhou / Aalto University)

Menschen tanzen gerne. Denn Musik bewegt – aber nicht nur Menschen. Finnische Forscher konnten mithilfe von Tönen kleine Objekte in Bewegung versetzen und dabei auch deren Weg kontrollieren. Die Wissenschaftler haben ihr System inzwischen so verfeinert, dass sie mehrere Objekte simultan in verschiedene Richtungen lenken können.

Man nehme etwas Sand, streue ihn auf eine dünne Metallplatte und bringe ihn mit einer Stimmgabel oder einem Geigenbogen zum Schwingen. Der Sand beginnt zu tanzen und sammelt sich an Stellen, an denen die Amplitude der Schwingung sehr schwach oder gleich null ist. Diese Stellen kennzeichnen die Knotenlinien oder Knotenflächen. Dort verharrt der Sand quasi regungslos. Enstanden ist eine sogenannte Chladnische Klangfigur, die nach dem deutschen Astronom Ernst Florens Friedrich Chladni (1756–1827) benannt ist. Bislang war es allerdings nicht möglich, die Bewegungen während der Schwingungsphasen – also zwischen den Knotenlinien – zu kontrollieren.

Genau das gelang nun Forschern um Quan Zhou von der finnischen Aalto Universität. Mittels Tönen konnten sie kleine Metallstücke kontrolliert auf einer Platte bewegen. Dazu verknüpften die Wissenschaftler die Platte mit einem Computer, der sie in Schwingung versetzte – und die Metallteile einem vorgeschriebenen Weg folgend über die Fläche führte. Quan Zhou und seine Kollegen programmierten die Software so, dass der Computer zunächst die Position des Objekts auf der Platte berechnete. Anschließend wählte das Programm aus einer Liste von Tönen denjenigen Ton aus, der das Metallstück in die gewünschte Richtung schob. Daraufhin berechnete der Computer die Lage des Objekts erneut und spielte den nächsten Ton ab, um den Gegenstand weiter zu schicken. Die Forscher umfuhren auf diese Weise beispielsweise die Konturen von Buchstaben. Die Versuche wiederholten sie auch mit Pflanzensamen, Zuckerkugeln und Wassertropfen.

Forscher lassen Objekte auf einer Platte tanzen. (Video: Quan Zhou / Aalto University)

"Wir haben gezeigt, dass die Bewegung vorhersehbar ist – auch außerhalb der Knotenlinien", erklärt Quan Zhou. "Damit haben wir es geschafft, mit einem akustischen Antrieb bis zu sechs Objekte gleichzeitig und unabhängig voneinander zu kontrollieren." Die Forscher überlegen nun, ihre Methode auf Objekte im Wasser anzuwenden und sie mit Wellenbewegungen in bestimmte Richtungen zu lenken.

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