Lernzirkel: Schwingungen in Natur und Technik: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 12. November 2010, 14:22 Uhr

Oder: Wie Gegenstände schwingen und wie man sie dazu bekommt

Bei allen Versuchen sind zwei Fragestellungen im Vordergrund:

• Wie schwingt der Gegenstand? Also wie bewegt er sich.
• Wie bekommt man den Gegenstand dazu sich so zu bewegen? Das heißt physikalisch, wie führe ich die Energie zu?

Diese beiden Fragestellungen sollen auch bei allen Versuchen schriftlich beantwortet werden. Bei einigen genügt eine knappe Antwort, bei anderen sind evt. Zeichnungen hilfreich. Einige Versuche gehen auch über die Beantwortung dieser beiden Fragen hinaus.

Eine lineare Schwingung

Ein Wagen ist horizontal über eine Feder mit dem Tisch verbunden.

• Machen Sie sich hier an diesem einfachen und daher wichtigen Beispiel nocheinmal die Grundbegriffe einer linearen Schwingung klar.

Eine Drehschwingung

• Vergleichen Sie diese Schwingung mit dem schwingenden Wagen.

Stellen Sie Parallelen und Unterschiede auf.

• Finden Sie weitere ähnliche Drehschwingungen?

Cladnische Figuren

Hier wird die Schwingung einer quadratischen Platte untersucht.

• Regen Sie die Platte zunächst an verschiedenen Stellen mit dem Klöppel an und hören Sie sich den entstandenen Ton an.
• Streuen Sie etwas Sand auf die Platte und wiederholen die Anregung an verschiedenen Stellen.

Warum bleibt der Sand an manchen Stellen liegen?

• Nun soll die Anregung mit einer vorgegeben Frequenz erfolgen.

Mit Hilfe des Frequenzgenerators wird ein Stift in Schwingungen versetzt, der wiederum eine quadratische Platte zum Schwingen bringt.

• Streuen Sie etwas Sand auf die Platte und schalten Sie den Frequenzgenerator an. Sie können die Amplitude und die Frequenz der Anregung verändern.

Mit Hilfe der Kursortasten kann man die Geschwindigkeit der Frequenzveränderung einstellen.

• Zeichnen Sie die entstandenen Bilder und schreiben die Anregungsfrequenz auf.

Hier einige von mir gefundene Frequenzen: 31,5Hz ; 39,7Hz ; 42,6Hz ; 52,6Hz ; 55,8Hz ; 61,7Hz ; 72,95Hz ;

Ein Lineal / eine Feder schwingen

• Versuchen Sie, das Lineal oder die Feder zum Schwingen zu bringen.
• Was muss man beachten, damit es gut funktioniert?
• Welche verschiedenen Schwingungen können Sie erzeugen?

Ein Xylophon

• Wie sind die Holzstäbe des Xylofons befestigt?
• Halten Sie das Alurohr an einer oder an zwei Stellen fest und probieren aus, wie oder ob es klingt.

Wo können Sie das Rohr festhalten und wo nicht?

• Wo können Sie das Rohr zum Schwingen anregen und wo nicht?

Ein Glöckchen

• Berühren Sie unterschiedliche Stellen der Glocke mit einem Finger und klingeln.
• Als modellhafter Erklärungsversuch kann man eine Platte anstatt der Glocke nehmen.

Halten Sie die runde Metallplatte an der Befestigung in der Mitte fest. Wie klingt die Platte, wenn Sie mit dem Klöppel an unterschiedlichen Stellen draufklopfen?

• Streuen Sie dann Sand auf die Platte und probieren wieder unterschiedliche Stellen zum Anregen aus.

Gitarre und Geige

Wie unterscheiden sich die Instrumente in der Art der Energiezuführung?

• Versuchen Sie bei der Gitarre einige Flageolettöne zu erzeugen.

Dazu legt man den Finger auf die Saite und nimmt ihn im Moment des Zupfens schnell wieder weg. Es entsteht ein reiner, leiser Ton.

• Wo muss man dazu den Finger auf die Seite legen und wo zupfen?

(Wikipedia: Flageolettton)

Warum eine Flöte / Orgelpfeife klingt

Schauen Sie sich die Videos mit dem sichtbar gemachten Luftstrom einer Orgelpfeife an. Beschreiben Sie die Inhalte kurz.

• Versuchen Sie nun zu erklären warum eine Orgelpfeife, kurz nachdem man die Taste an der Klaviatur drückt, einen Ton produziert.

Ein Weinglas tönt

Streichen Sie mit einem nassen Finger am Glasrand entlang.

Eine Uhr bauen

Bauen Sie die Uhr gemäß der Anleitung zusammen. Beschreiben Sie die Funktionsweise der Uhr. Dabei sind folgende Begriffe interessant: Pendel, Energiezufuhr, Zahnrad, Untersetzung

Eine Kinderschaukel richtig anschubsen

mit Handversuch: Fadenpendel anschubsen oder ein dickes Pendel mit Magnetfaden

Motor läßt Kotflügel wackeln

Lassen Sie den Motor zunächst langsam und dann immer schneller laufen und beobachten Sie dabei genau das Auto.

Zittern wie Espenlaub

Datei:Blätter.ogg Schauen Sie sich das Video der wackelnden Blätter an. Was fällt Ihnen auf?

Versuchen Sie die Blätter des Astes mit dem Ventilator zum schwingen zu bringen. Variieren Sie dabei die Stärke und Richtung des Luftstroms.

Eine Brücke stürzt ein

Sehen Sie sich die Videos zur Tacoma-Narrow-Bridge an.

• Englische Reportage über Bau und Zerstörung der Brücke
• Farbvideo der Tacoma-Narrow-Bridge

Resonanzkatastrophe

Motor regt Federpendel an (evt erst später und dann genauer)