Grundbegriffe und Beispiele von Schwingungen

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(Kursstufe > Mechanische Schwingungen)


Beispiele

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

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

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

  • Eine Kinderschaukel.

  • Die Schwingprinzessin.

  • Dieser Wagen schwingt hin und her.

  • Im Inneren dieser Quarzuhr schwingt ein Kristall.


Beispiel 1. Energieform [math]\leftrightarrow[/math] 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[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 nicht als Schwingung auffassen.

Eine Kreisbewegung ist auch periodisch, ist aber keine Schwingung, denn 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 [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.

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