Der Luftstrom über der Öffnung kann die Luft in und nahe dem Flaschenhals zum Hin-und-her-Schwingen bringen. Die Luft im Bauch wird dabei abwechselnd etwas verdichtet und entspannt. Sie wirkt ähnlich wie eine Feder. Dieses Zusammenspiel hat eine bevorzugte Schwingungsfrequenz: Bei passendem Anblasen entsteht durch Resonanz ein deutlicher Ton.
Das Titelbild ist eine Illustration, keine Messaufnahme. Wir betrachten das Anblasen einer offenen Flasche mit engem Hals und breiterem Bauch. Ein Röhrchen oder ein angeschlagenes Glas kann sich anders verhalten.
Ein Luftstrom liefert Energie
Du pustest über den Rand, statt die Öffnung mit dem Mund zu verschließen. Der Luftstrom kann an der Öffnung schwanken und die Luftbewegung immer wieder antreiben.
Der Ton entsteht nur bei passenden Bedingungen. Winkel und Stärke des Pustens spielen mit. Ein bloßes Rauschen ist deshalb kein misslungener Beweis, sondern eine mögliche Beobachtung.
Luft kann zurückfedern
Bewegt sich die Luft im Hals etwas nach innen, steigt der Druck im Bauch. Die verdichtete Luft drückt zurück. Durch ihre Trägheit bewegt sich die Halsluft über ihre Ruhelage hinaus; bei geringerem Innendruck wird sie wieder nach innen gedrückt.
So schwingt das System hin und her. Im einfachen Modell ist die Halsluft wie eine bewegliche Masse, die Luft im Bauch wie eine Feder. In der echten Flasche sitzt natürlich keine Metallfeder. Dieses Modell heißt Helmholtz-Resonator.
Weniger Luftraum, höherer Ton
Gibst du in dieselbe Flasche mehr Wasser, bleibt im Bauch weniger Platz für Luft. Die Öffnung und der Hals bleiben dabei gleich und oberhalb des Wassers.
Dieser kleinere Luftraum federt im Modell steifer zurück. Die bevorzugte Schwingung wird schneller, ihre Frequenz höher. Mehr Schwingungen pro Sekunde hören wir als höheren Ton. Die genaue Tonhöhe hängt auch von Hals, Öffnung und Lufttemperatur ab.
Anblasen und Anschlagen unterscheiden sich
Beim Anblasen untersuchen wir vor allem die schwingende Luft. Beim Anschlagen einer Glasflasche schwingt dagegen auch das Glas mit dem Wasser. Dann kann mehr Wasser den Ton tiefer machen.
Für unseren Vergleich bleiben wir beim Anblasen. Lauter und höher bedeuten außerdem nicht dasselbe: Lautstärke beschreibt die Stärke eines Tons, Tonhöhe seinen Schwingungstakt. Härter zu pusten ersetzt den Vergleich der Wassermengen nicht.
Drei Wasserstände anhören
- Nehmt mit einer erwachsenen Person eine saubere, formstabile PET-Getränkeflasche mit engem Hals. Prüft den Rand auf Schäden und räumt den Deckel weg. Füllt sie etwa zu einem Viertel mit Wasser bei Zimmertemperatur. Haltet sie aufrecht, ohne sie zusammenzudrücken. Pustet kurz und sanft über den offenen Rand; die Lippen verschließen ihn nicht. Kleine Winkeländerungen können helfen.
- Wenn ein Ton hörbar ist, notiert ihn als Vergleichston. Füllt dieselbe Flasche erst etwa halb, dann etwa zu drei Vierteln. Das Wasser bleibt stets unter dem Hals. Probiert jede Stufe mit ähnlicher Haltung und kurzen, sanften Luftstößen. Notiert jeweils höher, tiefer oder kein klarer Ton. Hört auf die Tonhöhe, nicht nur auf die Lautstärke.
- Gießt wieder bis zur ersten Füllhöhe ab und prüft, ob der Ton ungefähr zurückkehrt. Vergleicht die Reihenfolge dreimal mit Pausen; hört auf, wenn das Pusten unangenehm wird. Die Höhenangaben sind grob, und ihr messt keine Frequenz. Wenn kein Ton gelingt, vergleicht die Erklärungsgrafiken: Auch der Luftstrom muss zur Flasche passen.
Gemeinsam mit einer erwachsenen Person beobachten. Nur eine unbeschädigte PET-Getränkeflasche und Wasser bei Zimmertemperatur verwenden. Nicht schneiden, erhitzen, schlagen oder unter Druck setzen. Nicht aus der Flasche einatmen, keinen Deckel beim Pusten aufsetzen und niemandem ins Ohr tönen. Jede Person benutzt eine eigene Flasche. Kurz und sanft pusten, normal weiteratmen und häufig pausieren; bei Schwindel sofort aufhören.
Zum Mitnehmen
Die Luft im Hals schwingt mit der federnden Luft im Bauch zusammen. Passendes Anblasen hält die Resonanz in Gang. Mehr Wasser verkleinert bei gleicher Flasche den Luftraum und macht den geblasenen Ton gewöhnlich höher.
Was passiert gewöhnlich beim Anblasen, wenn du in dieselbe Flasche mehr Wasser unterhalb des Halses füllst?
Quellen & Weiterlesen
UNSW Physics · Helmholtz Resonance ↗University of California, Santa Barbara · Wind instruments ↗University of Guelph · Simple Instruments: Bottle Organ ↗University of Jyväskylä · How to model a bottle? Student version ↗Unsere Texte erklären die Grundidee in eigenen Worten. Bilder und Modelle vereinfachen die Wirklichkeit; sie sind nicht maßstabsgetreu.
