Grundbegriffe und Beispiele von Schwingungen: Unterschied zwischen den Versionen

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===Beispiele===
 
===Beispiele===
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[[Bild:Schwingungen_Wagen_an_Feder.png|thumb|250px|Ein Wagen schwingt horizontal.]]
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<gallery widths=180px heights=180px perrow=4 >
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Bild:
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|Beispiel
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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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|beteiligte Energieformen (Träger)
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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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|Kategorie
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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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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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!Beispiel
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!colspan="2"|1. Energieform <math>\leftrightarrow</math> weitere Energieformen
 
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|Fadenpendel
 
|Fadenpendel
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(Uhrenpendel)
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|valign="top"|
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kinetische Energie
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|potentielle Energie (Lage-Energie)
 
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|Federschwingung
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|valign="top"|vertikale Federschwingung
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(Schwingprinzessin)
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kinetische Energie
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|potentielle Energie (Lage-Energie)
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& Spannenergie
 
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|Wagen an Feder
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|horizontale Federschwingung
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(Wagen an Feder)
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|kinetische Energie
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|Spannenergie
 
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|elektrischer Schwingkreis
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|elektro-magnetische Schwingung
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(blinkendes Lämpchen)
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|Strom ?
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|Schwingquarz
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|kinetische Energie
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|chemische Schwingung
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(Belousov-Zhabotinsky-Reaktion)
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| ?
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*Einordnung von "natürlichen" Schwingungen in diese Kategorien
 
  
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Belousov-Zhabotinsky-Reaktion
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==Kennzeichen einer Schwingung==
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<youtube>8wN2y94N3GI</youtube>
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{|class="wikitable" style="border-style: solid; border-width: 4px "
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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==
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==Begriffe einer mechanischen Schwingung==
 
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* In der '''Ruhelage''' wirkt auf den schwingenden Gegenstand keine Kraft.
 
* In der '''Ruhelage''' wirkt auf den schwingenden Gegenstand keine Kraft.
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* Auf den Gegenstand wirkt, außer in der Ruhelage, eine '''Rückstellkraft''' <math>F</math>, die immer in Richtung der Ruhelage gerichtet ist.
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* 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.
 
* 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>
 
* 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 befinden kann, heißen '''Umkehrpunkte'''.
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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'''.
 
* Der Vorgang wiederholt sich periodisch.  
 
* 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 am gleichen Ort.
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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.
 
:Den Ablauf während einer Periodendauer bezeichnet man auch als '''eine Schwingung'''.
 
: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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* 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://www.taponet.de/blog/index.php?/archives/49-Bausatz-Mechanische-Pendeluhr-und-Vorschlaege-fuer-die-Beschaeftigung-damit.html Pendeluhrbausatz] wird von dem blog taponet.de beschrieben
+
*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)
 
*[http://www.orgel-info.de Forschung und Erläuterungen der Orgel von Reiner Janke]
 
*[http://www.orgel-info.de Forschung und Erläuterungen der Orgel von Reiner Janke]
 
**[http://www.orgel-info.de/emden.htm Strömungsforschung an klingenden Pfeifen]
 
**[http://www.orgel-info.de/emden.htm Strömungsforschung an klingenden Pfeifen]

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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