Eigenschaften des Federpendels 

Schwingungen

Fadenpendel

Vorgänge bei der Schwingung des Federpendels:
Weg-Zeit-Diagramm
Wichtige Begriffe
Die Bewegung des Federpendels, Kreisbewegung und harmonische Schwingung
Eigenschaften des Federpendels 
Beispiele
Die Energie des Federpendels
Quellen, Applets Links

Eigenschaften des Federpendels

Mit Hilfe folgender Applets kann man die Eigenschaften des Federpendels untersuchen:

http://www.msu.edu/user/brechtjo/physics/oscillator/oscillator.html 
Hier kann man mehrere Kurven in verschiedenen Farben aufzeichnen; funktioniert aber nicht mit Netscape Navigator 4.74. Pendelkugel mit der Maus anklicken und auslenken;

http://home.a-city.de/walter.fendt/phd/federpendel.htm 
(Wählt man Kraft aus, fehlt die Spannenergie!)

http://www.ai.ch/gym/fachsch/physik/schwingung.htm
Die Federkonstante k wird hier mit D abgekürzt.


Wie ändert sich die Schwingungsdauer, wenn man z.B. Für das Federpendel gilt also:

a) Je kleiner die Federkonstante k, umso größer ist die Schwingungsdauer T (bei gleichen Massen)!
b) Je größer die Pendelmasse,  umso größer ist auch die Schwingungsdauer T (bei gleicher Federkonstante)!
c) Die Schwingungsdauer ist von der Amplitude (maximalen Auslenkung) unabhängig!

Beispiel: Verschiedene Federkonstanten

Federkonstante 20N/m

 

Federkonstante 10N/m

 

Bildquelle:

Zwei Federpendel mit gleichen Federn (k=90N/m) und zwei gleichen Massen (m=10 kg) werden unterschiedlich weit aus der Ruhelage ausgelenkt ( 3cm, 5cm). Die beiden Massen werden gleichzeitig ausgelenkt.
Welches Pendel hat die größere Frequenz, d. h. welches Pendel macht mehr Schwingungen pro Sekunde?

 
Beide Pendel haben gleiche Frequenz und Schwingungsdauer!
Die Schwingungsdauer und die Frequenz  ist von der Amplitude unabhängig!

Beispiele

Applet: http://www.msu.edu/user/brechtjo/physics/oscillator/oscillator.html
(funktioniert nicht mit Netscape Navigator 4.74)
Pendelkugel mit der Maus anklicken und auslenken; gleiche Auslenkung, gleiche Masse (jeweils 1kg)

Beispiel 1

Welche Kurve zeigt das Pendel mit der kleineren Federkonstante k

Beispiel 2

Welche Kurve zeigt das Pendel mit der größeren Pendelmasse (bei gleichem k)

Beispiel 3

Wie kann man dieses Bild erhalten?

Beispiel 4

Weg Zeit- Diagramm eines Kolben der sich auf und ab bewegt. 

Berechne
a) die Amplitude A

b) die Schwingungsdauer T

c) die Frequenz f

d) Kreisfrequenz w

Beispiel 5
Um die Masse von Astronauten unter Schwerelosigkeit zu messen, befand sich an Bord der Skylab-Station ein Sitz, der mit Federn freischwingend in einem Rahmen aufgehängt war. Durch Messung der Schwingungszeiten konnte damit die Masse des unbeladenen Sitzes und eines Astronauten bestimmt werden. Die Federkonstante des Systems betrage 600 N/m. Die Schwingungsdauer des unbeladenen Geräts betrage 0.9s, die mit Astronaut 2.4s. Wie schwer ist der Astronaut?

Beispiel 6: Eine Feder wird durch die Kraft 1 N um 5 cm ausgedehnt. Wie groß ist die Schwingungsdauer, wenn an der Feder eine Masse von 1 kg hängt? (Die Federmasse sei vernachlässigbar.)


Beispiel 7: Eine Standuhr hat als Taktgeber ein Federpendel. Was verändert sich, wenn die Uhr an die grünen Männchen auf dem Mars geliefert wird?

Die Energie des Federpendels

http://www.physik.uni-muenchen.de/didaktik/U_materialien/leifiphysik/web_ph09/simulationen/06fedpendel/federpendel.htm

Wir betrachten die Schwingungsenergie eines Federpendels das aus seiner Gleichgewichtslage um die Strecke A ausgelenkt wird. Dabei muss Dehnungsarbeit verrichtet werden, die als potentielle Energie im ausgelenkten Pendelkörper gespeichert ist. Wird der Pendelkörper nicht angestoßen, so ist die Gesamtenergie des Körpers durch die potentielle Energie bei der Auslenkung A gegeben.

Die mechanische Gesamtenergie einer Schwingung bleibt (bei einer ungedämpften Schwingung) konstant (Energieerhaltung). Die Energie pendelt zwischen zwei Erscheinungsformen hin und her, zwischen kinetischer und potentieller Energie

Applet:
http://home.a-city.de/walter.fendt/phd/federpendel.htm
Energie wählen
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/oscilaciones/mas/mas.htm
1. Applet

Quelle

Applets:

http://www.ai.ch/gym/fachsch/physik/schwingung.htm

http://didaktik.physik.uni-wuerzburg.de/~pkrahmer/ntnujava/shm/shm.html

http://www.msu.edu/user/brechtjo/physics/oscillator/oscillator.html

http://www.math.uni-wuppertal.de/~frommer/Schwingung.htm 

http://home.a-city.de/walter.fendt/phd/federpendel.htm

Links:

http://www.physik.uni-muenchen.de/didaktik/U_materialien/leifiphysik/web_ph11/grundwissen/08_schwingung/schwingung.htm

http://www.maths.tcd.ie/pub/coursework/141/Applets/smpharos.html

http://physicsnet.asn-graz.ac.at/themen-schwingungen.htm

http://www.explorescience.com/activities/Activity_page.cfm?ActivityID=22
Have you ever wanted to compare a pendulum and a mass on a spring on planets with an acceleration due to gravity that is different than Earth's?

http://didaktik.physik.uni-wuerzburg.de/~pkrahmer/home/wellen.html

http://www.physics.uoguelph.ca/tutorials/shm/Q.shm.html

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E-Mail: BRG Ried i. I - Physikauswahl Aktualisiert am 27.01.2005