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==Aufgaben zu Schwingungen I==
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====Energieformen====
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|height="1000px"|
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Nennen Sie zwei verschiedene Beispiele für eine Schwingung und beschreiben Sie kurz wann dabei welche Energieformen auftreten.
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==Praktikum: Ein elektrischer Stromkreis==
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;Material für alle Aufgaben:
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*1 Flachbatterie 4,5V
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*1 Lämpchen
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*1 Fassung
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*1 Schalter
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*4 Kabel mit Krokoklemmen
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<math>\qquad \qquad</math>
  
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[[Datei:Schaukeltier_mit_Kind.jpg|thumb]]
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|style="vertical-align:top;"|
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====Schaukeltier====
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;A1 Ein Glühlämpchen
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Ein Kind "reitet" auf einem Feder-Schaukeltier. Erklären Sie anhand dieses Beispiels die Begriffe:
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Bringe jeweils das Lämpchen zum Leuchten. 
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*Ruhelage
+
<br>Zeichne für a) – c) jeweils deinen (funktionierenden) Aufbau ins Heft.
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*Elongation
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*Amplitude
+
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*Rückstellkraft
+
−
*Periodendauer
+
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*Frequenz
+
−
Nennen Sie noch ein weiteres Beispiel für eine mechanische Schwingung und machen Sie sich wiederum diese Begriffe klar.
+
  
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====Zeigermodell====
+
Das Material, das Du verwenden darfst:
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Wie kann man eine harmonische Schwingung mit einem Zeiger beschreiben?
+
  
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Beschreiben Sie dazu den im Unterricht durchgeführten Versuch.
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:'''a)''' 1 Flachbatterie, 1 Lämpchen
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:'''b)''' 1 Flachbatterie, 1 Lämpchen, 2 Kabel
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:'''c)''' 1 Flachbatterie, 1 Lämpchen, 2 Kabel, 1 Lampen-Fassung
  
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[[Datei:Wecker.jpg|thumb|100px]]
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|}
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====Uhrzeiger====
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Eine Uhr hat einen Stunden-, einen Minuten- und einen Sekundenzeiger.
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*Begründen Sie warum der Sekundenzeiger eine Winkelgeschwindigkeit von <math>\omega = \frac{2\, \pi}{60\, \rm s}</math> hat.
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−
*Welche Frequenz und welche Periodendauer hat der Sekundenzeiger?
+
−
*Mit welcher Geschwindigkeit <math>v</math> bewegt sich die Spitze des Sekundenzeigers, wenn er 10cm lang ist?
+
−
*Suchen Sie eine Armbanduhr oder eine Wanduhr und bestimmen Sie für alle drei Zeiger die Größen: <math>\omega</math>, <math>f</math>, <math>T</math> und <math>v</math>.
+
−
<br style="clear: both" />
+
  
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====Schwingmännchen====
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;A2 Leitfähigkeit
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Ein Schwingmännchen schwingt mit einer Periodendauer von <math>\rm T = 0{,}5\, s</math> und einer Amplitude von <math>\hat y = \rm 3\, cm</math>.
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Baue die abgebildete Schaltung auf, mit der du überprüfen kannst, ob andere Gegenstände den elektrischen Strom leiten.
 +
:a) Erkläre wie die Schaltung die Leitfähigkeit nachweist.
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:b) Untersuche die Gegenstände aus der Tabelle und weitere 5 Stück.
  
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Die Zeit <math>t</math> wird ab dem Durchgang von unten nach oben durch die Ruhelage gemessen.
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{|class="wikitable" style="text-align: center"
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!style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Gegenstand
  
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*Zeichnen Sie für folgende Zeitpunkte den Zeiger in ein Koordinatensystem: <math>t_1 = 0{,}25\, s</math>, <math>t_2 = 0{,}125\, s</math>, <math>t_3 = 0{,}4375\, s</math>
+
! style="border-style: solid; border-width: 4px;"|
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Material
  
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*Bestimmen Sie zeichnerisch jeweils die Auslenkungen <math>y(t_i)</math>.
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! style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Leitet den Strom <br>(Ja | Nein)
  
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[[Datei:Stimmgabel.jpg|thumb]]
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|-
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[[Datei:Verrußte_Glasplatte_Stimmgabel.jpg|thumb]]
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|style=" text-align:right; border-style: solid; border-width: 4px "|  
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Scherenklinge
  
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====Stimmgabel====
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|valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Die Zinken einer Stimmgabel schwingen mit einer Frequenz von 440 Hz<ref>Das ist der Kammerton a. (Siehe auch [http://de.wikipedia.org/wiki/Kammerton Wikipedia: Kammerton])</ref> und durch eine Messung an einer verußten Glasplatte bestimmt man die größte Amplitude zu <math>\hat y = 2 \, \rm mm</math>.
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Eisen (Stahl)
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*Welche Periodendauer und welche Winkelgeschwindigkeit hat die Schwingung?
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*Stellen Sie für einen Zinken der Stimmgabel die Bewegungsgleichungen auf:
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:<math>y(t)</math>, <math>v(t)</math>, <math>a(t)</math>,
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*Bestimmen Sie daraus die maximale Geschwindigkeit und die maximale Beschleunigug eines Zinkens der Stimmgabel.
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<br style="clear: both" />
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====Horizontales Federpendel====
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
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{|
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|-
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|valign="top"|
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|style=" text-align:right; border-style: solid; border-width: 4px "|  
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Ein Wagen schwingt horizontal an einer Feder. Die folgenden Graphen beschreiben den Verlauf seiner Bewegung im Koordinatensystem:
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Scherengriff
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|valign="top"|
+
  
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{{#widget:Iframe
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Kunststoff
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}}
+
  
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|}
+
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|-
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|style=" text-align:right; border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
Bleistiftmine
  
−
[[Datei:Aufgabe_Schwingung_y-t-Diagramm.png|500px]]
+
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−
[[Datei:Aufgabe_Schwingung_v-t-Diagramm.png|500px]]
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Graphit
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[[Datei:Aufgabe_Schwingung_a-t-Diagramm.png|500px]]
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*Woran kann man erkennen, dass die Schwingung nicht gedämpft ist, also keine Energie verliert?
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|-
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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[[Datei:Zeichnung Leitfähigkeit Stromkreis.jpg|400px]]
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*Wie wurde dem Wagen zu Beginn Energie zugeführt? Wurde er ausgelenkt und losgelassen? (und wenn ja, in welche Richtung?) Wurde er angeschubst? (und wenn ja, in welche Richtung?)
 
  
−
Der Graph der Geschwindigkeit ist gegenüber dem der Auslenkung um eine Viertel Periode (<math>\frac{T}{4}</math> oder <math>\frac{2\, \pi}{4}</math>) verschoben.
 
  
−
Der Graph der Beschleunigung ist gegenüber dem der Auslenkung um eine Halbe Periode (<math>\frac{T}{2}</math> oder <math>\frac{2\, \pi}{2}</math>) verschoben und hat immer ein anderes Vorzeichen als die Auslenkung.
+
;A3 Ein Schalter
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Baue in den Stromkreis von A1c einen Schalter ein. An welchen Stellen kannst du den Schalter einbauen?
  
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*Erklären Sie das anhand der Bewegung des Wagens. (Nicht mathematisch über die Ableitung.)
+
;A4 Schaltpläne
 +
Lies den Infotext „Zeichnen eines Schaltplans“ durch oder schaue auf [https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/einfache-stromkreise/grundwissen/vom-stromkreis-zum-schaltplan dieser Seite] nach und zeichne nach diesen Regeln einen Schaltplan zu A3.
  
−
*Berechnen Sie die maximale Geschwindigkeit <math>\hat v</math> und die maximale Beschleunigung <math>\hat a</math> aus der Winkelgeschwindigkeit <math>\omega</math>.
+
;A5 Kurzschlusschalter
−
:Kontrollieren Sie ihr Ergebnis an den Graphen von <math>v(t)</math> und <math>a(t)</math>.
+
Anna und Bernd haben zweimal den Schalter so eingebaut, dass das Lämpchen leuchtet, wenn der Schalter geöffnet ist.
 +
*Baue die Schaltung auf und probiere den Schalter aus.
 +
*Schreibe auf, was du beobachtest.
 +
*Versuche zu erklären warum das Lämpchen dunkler wird, wenn man den Schalter schließt.
  
−
==Fußnoten==
+
<gallery widths=200px heights=180px  perrow=2>
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<references />
+
Bild:Schaltplan Kurzschlussschalter 1.png|
 +
Bild:Schaltplan Kurzschlussschalter 2.png|
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</gallery>

Aktuelle Version vom 30. April 2026, 09:15 Uhr

Praktikum: Ein elektrischer Stromkreis

Material für alle Aufgaben
  • 1 Flachbatterie 4,5V
  • 1 Lämpchen
  • 1 Fassung
  • 1 Schalter
  • 4 Kabel mit Krokoklemmen

[math]\qquad \qquad[/math]

A1 Ein Glühlämpchen

Bringe jeweils das Lämpchen zum Leuchten.
Zeichne für a) – c) jeweils deinen (funktionierenden) Aufbau ins Heft.

Das Material, das Du verwenden darfst:

a) 1 Flachbatterie, 1 Lämpchen
b) 1 Flachbatterie, 1 Lämpchen, 2 Kabel
c) 1 Flachbatterie, 1 Lämpchen, 2 Kabel, 1 Lampen-Fassung
A2 Leitfähigkeit

Baue die abgebildete Schaltung auf, mit der du überprüfen kannst, ob andere Gegenstände den elektrischen Strom leiten.

a) Erkläre wie die Schaltung die Leitfähigkeit nachweist.
b) Untersuche die Gegenstände aus der Tabelle und weitere 5 Stück.

Gegenstand

Material

Leitet den Strom
(Ja | Nein)

Scherenklinge

Eisen (Stahl)

Scherengriff

Kunststoff

Bleistiftmine

Graphit










Zeichnung Leitfähigkeit Stromkreis.jpg


A3 Ein Schalter

Baue in den Stromkreis von A1c einen Schalter ein. An welchen Stellen kannst du den Schalter einbauen?

A4 Schaltpläne

Lies den Infotext „Zeichnen eines Schaltplans“ durch oder schaue auf dieser Seite nach und zeichne nach diesen Regeln einen Schaltplan zu A3.

A5 Kurzschlusschalter

Anna und Bernd haben zweimal den Schalter so eingebaut, dass das Lämpchen leuchtet, wenn der Schalter geöffnet ist.

  • Baue die Schaltung auf und probiere den Schalter aus.
  • Schreibe auf, was du beobachtest.
  • Versuche zu erklären warum das Lämpchen dunkler wird, wenn man den Schalter schließt.
  • Schaltplan Kurzschlussschalter 1.png
  • Schaltplan Kurzschlussschalter 2.png
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