Schwingungen

Federpendel

Schwingungen sind in der Natur sehr häufig auftretende Bewegungsformen und deshalb in der Physik so wichtig. Die harmonische Schwingung ist neben der gleichförmigen Bewegung und der gleichmäßig beschleunigten Bewegung der dritte Grundtyp der Bewegungsformen

Eine Schwingung (vibration, oscillation) ist eine periodische, d. h. in gleichen Zeiten sich wiederholende Bewegung eines Körpers um seine Ruhe- oder Gleichgewichtslage. Viele Schwingungsphänomene sind uns vertraut: Das Auf und Ab kleiner Boote, das Hin und Her von Uhrenpendeln und das Schwingen von Saiten und Zungen bei Musikinstrumenten.

Darüber hinaus gibt es Beispiele von Schwingungen, die uns nicht so geläufig sind: Die Schwingungen von Luftmolekülen bei Schallwellen und die Schwingungen elektrischer Ströme in Radio- und Fernsehgeräten. Ob es sich nun um Atomschwingungen, Schwingungen elektrischer und magnetischer Felder oder um eine einfache Pendelschwingung handelt- die Schwingungs- und Wellenlehre ist eines der wichtigsten Teilgebiete der Physik.

Die harmonische Schwingung

Im Altertum wurde die Kreisbewegung als besonders harmonisch empfunden. Wegen ihrer engen Verwandtschaft mit der Kreisbewegung werden daher Bewegungen, die einer Sinus- oder Kosinus-Funktion folgen, auch harmonische Bewegungen bzw. harmonische Schwingungen genannt.

Lineares Kraftgesetz

Liegt bei dem schwingungsfähigen System ein lineares Kraftgesetz F ~ x vor so kommt es zu einer harmonischen Schwingung. Umgekehrt kann man aus dem Vorliegen einer harmonischen Schwingung auf ein lineares Kraftgesetz schließen.

Beispiel Federkraft:
Hookeschen Gesetz  ( F=-kx),

Beispiel:

Bildquelle

Auch in einem Festkörper sind die Atome nicht starr miteinander verbunden, sondern durch Bindungskräfte, welche Schwingungen erlauben, welche mit der Temperatur zunehmen.

Die harmonische Schwingung bei Leifiphysik