Schwingungen und Wellen

 

1. Harmonische und nicht harmonische Schwingungen (Buch S. 158 - 165)


Der Abschnitt "wissen & verstehen" umfasst vier Seiten. 

  • Das Federpendel
  • Das Fadenpendel
  • Die Eigenfrequenz
  • Eine nicht harmonische Schwingung


Der Abschnitt "forschen & anwenden" umfasst vier Seiten mit insgesamt zehn Aufgaben:

  1. Beispiele zum Rechnen und Überlegen
  2. Die Schwingungsgleichungen
  3. Anwendungen, Beobachtungen, Erklärungen
  4. Abweichungen beim Fadenpendel
  5. Ein Fadenpendel im Aufzug
  6. Schwingende Flüssigkeitssäule
  7. Mechanische Schwingungsaufzeichnung
  8. Bestimmung der Gravitationsbeschleunigung
  9. Eigenfrequenz eines Federpendels 
  10. Foucault´sches Pendel


Hinweise, Ergänzungen und Lösungen zu den Arbeitsaufgaben

 

1.1 Beispiele zum Rechnen und Überlegen - Ergebnisse der Rechnungen

  • Federkonstante:  k =  38,9 N/m
  • Auto:  f = 0,75 Hz
  • Spinnennetz:  f = 2,25 Hz
  • Sekundenpendel:  l = 0,994 m

 

1.2 Die Schwingungsgleichungen

 

1.3 Anwendungen, Beobachtungen, Erklärungen

Dazu wurden bzw. werden zwei verschiedene Geräte verwendet, die auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhen. Eines davon beruht auf den Schwingungsgesetzen.


 

1.4 Abweichungen beim Fadenpendel - Ergebnisse der Rechnungen

  • Abweichungen: 5° → 0,13 %;   10° → 0,5 %;   15° → 1,14 %;   30° → 4,51 %;   45° → 9,97 %;   60° → 17,3 %

 

1.5 Ein Fadenpendel im Aufzug

Ergebnisse der Rechnungen:

  • Aufzug: a = 2 m/s²
  • bei gleichförmiger Bewegung: T = 1,003 s
  • bei Beschleunigung nach oben bzw. Abbremsung nach unten: T = 0,914 s
  • bei Beschleunigung nach unten bzw. Abbremsung nach oben: T = 1,124 s

 

1.6 Schwingende Flüssigkeitssäule (Exp.)

Experiment mit einer schwingenden Flüssigkeitssäule
Experiment mit einer schwingenden Flüssigkeitssäule

Zu dieser Aufgabe gibt es im eBook zwei Videos.

Eines zeigt das Experiment im Gesamtablauf, das andere eignet sich durch die höhere Auflösung für eine quantitative Auswertung. 

Das Arbeitsblatt enthält Hinweise für die Auswertung.


 

1.7 Mechanische Schwingungsaufzeichnung (Exp.)

Mechanische Schwingungsaufzeichnung
Mechanische Schwingungsaufzeichnung

Zu dieser Aufgabe gibt es im eBook ein Video, das den Ablauf des Experiments zeigt. Es kann auch als Basis für die Beantwortung der Fragen verwendet werden.


 

1.8 Bestimmung der Gravitationsbeschleunigung (Exp.)

Experiment zur Bestimmung der Gravitationsbeschleunigung
Experiment zur Bestimmung der Gravitationsbeschleunigung

Zu dieser Aufgabe gibt es im eBook ein Video, das den Ablauf des Experiments zeigt. Es kann auch als Basis für die Berechnung verwendet werden.

 

Ergebnis der Rechnung:

Aus den Daten im Video ergibt: g = 9,84 m/s²


 

1.9 Eigenfrequenz eines Federpendels (Exp.)

Experiment zur Untersuchung der Abhängigkeiten der Eigenfrequenz
Experiment zur Untersuchung der Abhängigkeiten der Eigenfrequenz

Zu dieser Aufgabe gibt es im eBook ein Video. Es kann als Basis für die Auswertung und Beantwortung der Fragen verwendet werden.

 

Ein Arbeitsblatt unterstützt zusätzlich die Auswertung.


 

1.10 Foucault´sches Pendel

Ergebnis der Rechnung:

Schwingungsdauer T = 15,5 s.