Grundbegriffe und Beispiele von Schwingungen

(Kursstufe > Mechanische Schwingungen)

Beispiele

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

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

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  Wie funktioniert diese Räderuhr? (Video: How Tower Clocks Work; Wikipedia: Uhrwerk)

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  Eine Kinderschaukel.

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  Die Schwingprinzessin.

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  Dieser Wagen schwingt hin und her.

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  Im Inneren dieser Quarzuhr schwingt ein Kristall.

Beispiel	1. Energieform $$\leftrightarrow$$	weitere Energieformen
Fadenpendel	kinetische Energie	potentielle Energie (Lage-Energie)
vertikale Federschwingung	kinetische Energie	potentielle Energie (Lage-Energie) & Spannenergie
Wagen an Feder	kinetische Energie	Spannenergie
blinkendes Lämpchen	Strom ?	?
Schwingquarz	kinetische Energie	?
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 und der Spannung 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, aber die Energieform bleibt immer die Bewegungsenergie.

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: $$y=0\,\rm{m}$$ Die maximale Elongation heißt Amplitude $$\hat y$$ . 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 $$f=\frac{1}{T}$$

Ein Wagen schwingt horizontal.

Links

• Wikipedia: Uhrwerk)
  • Wikipedia: Hemmung (Uhr)
  • Video: How Tower Clocks Work (youtube: "Trevor Murphy")
  • Video: Wie eine "Ankerhemmung" funktioniert (youtube: "Phalos Southpaw's Bastelstube")
• Forschung und Erläuterungen der Orgel von Reiner Janke
  • Strömungsforschung an klingenden Pfeifen
  • Luftblatt einer offenen Pfeife als Animationsfilm
  • Luftblatt einer gedeckten Pfeife als Animationsfilm
  • Einschwingvorgang einer gedeckten Pfeife als Animation
  • Geschwindigkeitsprofil einer gedeckten Pfeife als animierte Grafik
• Wikipedia: Tacoma Bridge mit einem Video der schwingenden Brücke
  • Farbvideo der Tacoma-Narrow-Bridge
  • Englische Reportage über Bau und Zerstörung der Brücke

• Wikipedia: Schwingungsmoden von Stäben, Flächen auch mit Animationen
• Wikipedia: Biegeschwinger zeigt Schwingungen von Stäben