---

Mechanische Schwingungen

Einleitung:

Schwingungen kommen in unserem Umfeld häufig vor. Im folgenden werden wir uns deshalb ausführlich mit ihnen befassen.

Beispiele:
Federpendel, Erdbeben, Lautsprechermembran, Schaukel, Federung des Autos, angetipptes Lineal an einer Tischkante, Stimmbänder, ...

Definition wichtiger größen der Schwingungen

Zuerst definieren wir den Begriff Schwingung:
Eine volle Schwingung ist die Bewegung eines Oszillators (schwingfähiges System) aus einer Ruhelage zum Umkehrpunkt, dann wieder zurück über die Ruhelage zum anderen Umkehrpunkt und zum Schluss wieder bis zu Ruhelage.
Die Ruhelage eines Oszillators ist die Position, in der er sich ohne äußere Einwirkung befindet.
Die maximale Auslenkung der Oszillators wird Amplitude genannt (Abstand von Ruhelage und Umkehrpunkt).

Beobachtet man die Bewegung eines Federpendels, so kann man die Schwingungsdauer T und die Frequenz f definieren:

Die Schwingungsdauer ist die Zeit, die ein Oszillator für eine volle Schwingung benötigt.
Oft schwingt ein System zu schnell, um diese Größe gut messen zu können, deshalb misst mann einfach die Zeit für mehrere Schwingungen n und teilt sie durch die Anzahl n:

mit der Einheit Sekunde:



Die Frequenz der Schwingung ist die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde.


mit der Einheit:

Versuch 1

Geräte und deren Funktionen:

Stativ zum befestigen der Feder
Spiralfeder mit einer daran befestigten Masse, als Oszillator (schwingfähiges System).

Versuchsaufbau: Foto siehe oben!

Versuchsdurchführung:

Die Feder wird mit der Masse kurz nach unten ausgelenkt (aus ihrer Ruhelage) und dann losgelassen.

Versuchsbeobachtung: Hier fehlen ein Foto und Text!

Der Oszillator schwingt hoch und runter. Dabei wird seine Amplitude immer kleiner, bis er letztendlich ruht. Die ursprüngliche maximale Amplitude wird beim Schwingen also nicht mehr erreicht. Die Geschwindigkeit der Masse ist immer am größten, wenn die Ruhelage durchlaufen wird. An den Umkehrpunkten ist die Geschwindigkeit null.

Versuchserklärung:

Bei einem Oszillator werden ständig Energieen ineinander umgewandelt. Hier sind es potenzielle und kinetische Energie.
An den Umkehrpunkten besitzt ein Oszillator potenzielle Energie und keine kinetische Energie und beim Durchlaufen der Ruhelage keine potenzielle Energie aber dafür kinetische Energie. Außerdem treten noch Reibungsverluste auf, die zu einer teilweisen Umwandlung in Wärmeenergie führen. Diese Verluste führen dazu, dass der Oszillator nach einiger Zeit zum Stillstand kommt.

Erstellt unter Mitwirkung von Stefan S. 18.1.2015

Versuch zur Äquivalenz von Schwingung und Kreisbewegung

Geräte und deren Funktionen:

Versuchsaufbau: Hier fehlt ein Foto oder eine Zeichnung!

Versuchsdurchführung:

Versuchsbeobachtung: Hier fehlen ein Foto und Text!

Versuchsauswertung: