Grundbegriffe und Beispiele von Schwingungen: Unterschied zwischen den Versionen

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**Fadenpendel
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**elektrischer Schwingkreis
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**freie, erzwungene und angeregte Schwingungen
 
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**harmonische Schwingung
 
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**Einordnung von "natürlichen" Schwingungen in diese Kategorien
 
  
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**Ruhelage
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Bild:Schwingungen_Belousov-Zhabotinsky_Reaktion_Standbild.jpg|Die Belousov-Zhabotinsky Reaktion ist eine chemische Schwingung. ([https://www.youtube.com/watch?v=8wN2y94N3GI Video])
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**Periodendauer
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Bild:Kehlkopf.jpg|Wie sprechen und singen wir? ([https://www.youtube.com/watch?v=BipS88vaFfI Video beim Singen] ; [https://www.youtube.com/watch?v=mJedwz_r2Pc Stroboskopvideo])
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**Frequenz
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Bild:Schwingungen_Räderuhr_mit_Pendel.jpg|Bei dieser Räderuhr gibt ein Pendel den Takt an. (Video: [https://www.youtube.com/watch?v=Dr5XYle5PMc How Tower Clocks Work]; Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Uhrwerk Uhrwerk])
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**Rückstellkraft
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Bild:Dscf3843 Quarzuhr.jpg|Im Inneren dieser Quarzuhr schwingt kein Pendel, sondern ein Kristall.<br>[https://www.youtube.com/watch?v=_2By2ane2I4 Video]
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Bild:Schaukel.jpg|Eine Kinderschaukel.
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Bild:Schwingmännchen.jpg|Die Schwingprinzessin.
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Bild:Horizontales Federpendel schwingender Wagen.jpg|Dieser Wagen schwingt hin und her.
  
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==Kennzeichen einer Schwingung==
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Eine Schwingung erkennt man an einem ''periodischen Wechsel der Energieformen''.
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Sind nur die mechanischen Energieformen der Bewegung, der Lage<ref>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.</ref> und der elastischen Verformung beteiligt, so nennt man die Schwingung ''mechanisch''.
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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.
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<br>Eine Kreisbewegung ist auch periodisch, ist aber keine Schwingung, denn die Energieform bleibt immer die Bewegungsenergie.<ref>Der Wikipedia-Artikel "[https://de.wikipedia.org/wiki/Schwingung 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.</ref>
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Eine genauere Einteilung der [[Energiezufuhr und Energieabgabe bei Schwingungen|verschiedenen Schwingungsarten]] ist über die Art der Energiezufuhr und Energieabgabe möglich.
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==Begriffe einer mechanischen Schwingung==
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* In der '''Ruhelage''' wirkt auf den schwingenden Gegenstand keine Kraft.
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* Außerhalb der Ruhelage wirkt eine '''Rückstellkraft''' <math>F</math>, die immer in Richtung der Ruhelage gerichtet ist.
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* Mit Hilfe eines '''Koordinatensystems''' kann man den Ort des Gegenstandes angeben. Es ist praktisch, der Ruhelage den Koordinatenursprung zuzuordnen.
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* Damit entspricht der Ort gerade der Auslenkung oder '''Elongation''' <math>y</math>. Für die Ruhelage gilt: <math>y=0\,\rm{m}</math>
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* Die maximale Elongation heißt '''Amplitude''' <math>\hat y</math>. Die zwei Orte, an dem sich der Körper dann befindet, heißen '''Umkehrpunkte'''.
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* Der Vorgang wiederholt sich periodisch.
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:Nach einer gewissen Zeit, der '''Periodendauer''' (oder kurz Periode) <math>T</math> hat der Gegenstand wieder den gleichen Impuls (Menge und Richtung!) am gleichen Ort.
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:Den Ablauf während einer Periodendauer bezeichnet man auch als '''eine Schwingung'''.
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* Die Anzahl der Schwingungen pro Zeit heißt '''Frequenz''' <math>f</math>. Es gilt <math>f=\frac{1}{T}</math>
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==Fußnoten==
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<references />
  
 
==Links==
 
==Links==
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[http://verein.ai.ch/gym/fachsch/physik/schwingung.htm Applet zu Faden- und Federpendel]
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*Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Uhrwerk Uhrwerk])
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**Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Hemmung_%28Uhr%29 Hemmung (Uhr)]
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**Video: [https://www.youtube.com/watch?v=Dr5XYle5PMc How Tower Clocks Work] (youtube: "Trevor Murphy")
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**Video: [https://www.youtube.com/watch?v=S4vJu-aKwb4 Wie eine "Ankerhemmung" funktioniert] (youtube: "Phalos Southpaw's Bastelstube")
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*Video: [https://www.youtube.com/watch?v=_2By2ane2I4 So funktioniert eine Quarzuhr - ihr Herz schlägt 32.768 Mal pro Sekunde] (youtube: Steve Mould)
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*[http://www.orgel-info.de Forschung und Erläuterungen der Orgel von Reiner Janke]
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**[http://www.orgel-info.de/emden.htm Strömungsforschung an klingenden Pfeifen]
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**[http://www.orgel-info.de/em-ani.htm Luftblatt einer offenen Pfeife als Animationsfilm]
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**[http://www.orgel-info.de/klgd-ani.htm Luftblatt einer gedeckten Pfeife als Animationsfilm]
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**[http://www.orgel-info.de/em-ani2.htm Einschwingvorgang einer gedeckten Pfeife als Animation]
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**[http://www.orgel-info.de/lda-ani.htm Geschwindigkeitsprofil einer gedeckten Pfeife als animierte Grafik]
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*[http://de.wikipedia.org/wiki/Tacoma-Narrows-Br%C3%BCcke Wikipedia: Tacoma Bridge] mit einem Video der schwingenden Brücke
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**[http://www.youtube.com/watch?v=j-zczJXSxnw&feature=related Farbvideo] der Tacoma-Narrow-Bridge
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**[http://www.youtube.com/watch?v=ASd0t3n8Bnc&feature=related Englische Reportage] über Bau und Zerstörung der Brücke
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*[http://de.wikipedia.org/wiki/Moden Wikipedia: Schwingungsmoden] von Stäben, Flächen auch mit Animationen
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*[http://de.wikipedia.org/wiki/Biegeschwinger Wikipedia: Biegeschwinger] zeigt Schwingungen von Stäben

Aktuelle Version vom 21. Juli 2025, 21:43 Uhr

(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 [math]\leftrightarrow[/math] 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 [math]F[/math], 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 [math]y[/math]. Für die Ruhelage gilt: [math]y=0\,\rm{m}[/math]
  • Die maximale Elongation heißt Amplitude [math]\hat y[/math]. 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) [math]T[/math] 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 [math]f[/math]. Es gilt [math]f=\frac{1}{T}[/math]

Ein Wagen schwingt horizontal.

Fußnoten

  1. ↑ 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. ↑ 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.

Links

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