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Physik, 12 mechanische Schwingungen und Wellen - Federpendel und Schwerependel

Federpendel Schwerependel Schwerependel mit großer Auslenkung

Übersicht

Der wichtigste Schwingungstyp ist die harmonische Schwingung oder die Sinusschwingung. Das heißt, die Amplitude bleibt konstant - die Schwingung ist ungedämpft. Er tritt z. B. bei der Projektion einer gleichförmigen Kreisbewegung oder bei der Schwingung eines Feder- oder Schwerependels auf.

Ein reales Feder- oder Schwerependel verhält sich in einem nicht zu langen Zeitraum aber mit guter Nährung wie ein ideales Pendel

Federpendel

Dieses Java-Applet simuliert ideales (reibungsfrei) Federpendel.

Beobachtet werden können die Elongation, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft und Energie.

Die Federkonstante, die Masse des Pendelkörpers, die Fallbeschleunigung und die Amplitude der Schwingung lassen sich mit Hilfe der Eingabefelder in gewissen Grenzen variieren.

Um diejenige Größe auszuwählen, deren zeitliche Änderung dargestellt werden soll, muss man einen der fünf Radiobuttons anklicken.

 

www.walter-fendt.de/ph11d/federpendel.htm
© Walter Fendt, 24. Mai 1998

Aufgaben:

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Untersuchen sie wie sich die einzelnen Größen ändern, wenn man die Federkonstante verdoppelt bzw. halbiert?

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Untersuchen sie, wie sich die einzelnen Größen ändern, wenn man die Amplitude verdoppelt bzw. halbiert?

bulletUntersuchen sie, wie sich die einzelnen Größen ändern, wenn man die Masse des Pendelkörpers verdoppelt bzw. halbiert?

 

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Schwerependel

Dieses Java-Applet simuliert ideales (reibungsfrei) Schwerependel. Bei den Berechnungen wird die geringfügige Abhängigkeit der Schwingungsdauer von der Amplitude vernachlässigt.

Beobachtet werden können die Elongation, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft und Energie.

Die Pendellänge, die Fallbeschleunigung, die Masse des Pendelkörpers und die Amplitude der Schwingung (in Grad) lassen sich mit Hilfe der Eingabefelder in gewissen Grenzen variieren. Um diejenige Größe auszuwählen, deren zeitliche Änderung dargestellt werden soll, muss man einen der sechs Radiobuttons anklicken.

www.walter-fendt.de/ph11d/ fadenpendel.htm

© Walter Fendt

Aufgaben:

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Untersuchen sie wie sich die einzelnen Größen ändern, wenn man die Fadenlänge verdoppelt bzw. halbiert?

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Untersuchen sie, wie sich die einzelnen Größen ändern, wenn man die Amplitude verdoppelt bzw. halbiert?

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Untersuchen sie, wie sich die einzelnen Größen ändern, wenn man die Masse des Pendelkörpers verdoppelt bzw. halbiert?

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Schwerependel mit großer Auslenkung

Ein Schwerependel führt nur für kleine Auslenkungen j eine harmonische Schwingung aus. Wird die Auslenkung j zu groß gilt die Näherung nicht mehr. Das folgende Java Applet simuliert ein reibungsfreies Pendel wahlweise bei kleiner oder bei großer Auslenkung.

Die Mathematik besagt, dass die Näherung nur für kleine Winkel gilt. Aber wie wirkt sich dann ein großer Winkel beim Schwerependel aus?

 





Auslenkung:
Wie zu sehen schwingt das Pendel weiterhin regelmäßig. Es führt jedoch keine harmonische Schwingung aus.

Wir erinnern uns:

Ist die rücktreibende Kraft umso größer je größer die Auslenkung ist (lineares Kraftgesetz F ~ x) so kommt es zu einer harmonischen Schwingung.

Und genau diese Proportionalität gilt für große Auslenkungen nicht mehr.

 

Übrigens: es gibt ein spezielles Schwerependel bei dem die Schwingungsdauer von der Amplitude unabhängig ist:

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letzte Änderung: 16.3.2005