Grundbegriffe und Beispiele von Schwingungen

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(Kursstufe > Mechanische Schwingungen)


Beispiele

  • Die Belousov-Zhabotinsky Reaktion ist eine chemische Schwingung. (Video)

  • Wie sprechen und singen wir? (Video beim Singen ; Stroboskopvideo)

  • Bei dieser Räderuhr gibt ein Pendel den Takt an. (Video: How Tower Clocks Work; Wikipedia: Uhrwerk)

  • Im Inneren dieser Quarzuhr schwingt kein Pendel, sondern ein Kristall.
    Video

  • Eine Kinderschaukel.

  • Die Schwingprinzessin.

  • Dieser Wagen schwingt hin und her.


Beispiel 1. Energieform ↔
 weitere Energieformen
Fadenpendel

(Uhrenpendel)

kinetische Energie

potentielle Energie (Lage-Energie)
vertikale Federschwingung

(Schwingprinzessin)

kinetische Energie

potentielle Energie (Lage-Energie)

& Spannenergie

horizontale Federschwingung

(Wagen an Feder)

kinetische Energie Spannenergie
elektro-magnetische Schwingung

(blinkendes Lämpchen)

Strom ?  ?
Schwingquarz kinetische Energie  ?
chemische Schwingung

(Belousov-Zhabotinsky-Reaktion)

 ?  ?

Kennzeichen einer Schwingung

Eine Schwingung erkennt man an einem periodischen Wechsel der Energieformen.

Sind nur die mechanischen Energieformen der Bewegung, der Lage[1] und der elastischen Verformung beteiligt, so nennt man die Schwingung mechanisch.

Periodische Vorgänge wie die Blätterfarbe eines Baumes im Jahresverlauf oder die Anzahl der Personen eines Fußballstadions (alle 14 Tage :) würde man eher nicht als Schwingung auffassen.
Eine Kreisbewegung ist auch periodisch, ist aber keine Schwingung, denn die Energieform bleibt immer die Bewegungsenergie.[2]

Eine genauere Einteilung der verschiedenen Schwingungsarten ist über die Art der Energiezufuhr und Energieabgabe möglich.

Begriffe einer mechanischen Schwingung

  • In der Ruhelage wirkt auf den schwingenden Gegenstand keine Kraft.
  • Außerhalb der Ruhelage wirkt eine Rückstellkraft F
    , die immer in Richtung der Ruhelage gerichtet ist.
  • Mit Hilfe eines Koordinatensystems kann man den Ort des Gegenstandes angeben. Es ist praktisch, der Ruhelage den Koordinatenursprung zuzuordnen.
  • Damit entspricht der Ort gerade der Auslenkung oder Elongation y
    . Für die Ruhelage gilt: y=0m
  • Die maximale Elongation heißt Amplitude ˆy
    . Die zwei Orte, an dem sich der Körper dann befindet, heißen Umkehrpunkte.
  • Der Vorgang wiederholt sich periodisch.
Nach einer gewissen Zeit, der Periodendauer (oder kurz Periode) T
 hat der Gegenstand wieder den gleichen Impuls (Menge und Richtung!) am gleichen Ort.
Den Ablauf während einer Periodendauer bezeichnet man auch als eine Schwingung.
  • Die Anzahl der Schwingungen pro Zeit heißt Frequenz f
    . Es gilt f=1T

Ein Wagen schwingt horizontal.

Fußnoten

  1. Hochspringen ↑ Da auch die Spannenergie z.B. einer Feder nur von der Lage des betrachteten Gegenstandes abhängt, werden die Lageenergie im Gravitationsfeld und die Spannenergie manchmal auch zu einer Gesamt-Lageenergie zusammengefasst.
  2. Hochspringen ↑ Der Wikipedia-Artikel "Schwingung" bezieht sich bei der Definition auf die periodischen Wechsel einer Größe, was aber für die Beispiele der Blätterfarbe, des Fußballstadions und der Kreisbewegung nicht gut passt.

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