Oszillatoren, deren Weg-Zeit-Funktion einer Sinusfunktion entspricht, heißen harmonische Oszillatoren. Relevanz der harmonischen Schwingungsgleichung Nun stellt sich uns die Frage, was wir denn mit der Schwingungsgleichung anfangen können. Die Antwort hierauf ist, dass wir bei einer bekannten Schwingungsdauer oder Frequenz sowie für eine bekannte Amplitude die Auslenkung eines harmonischen Oszillators zu jedem Zeitpunkt t berechnen können. Je nachdem, welche der Größen, T oder f bekannt ist, wählen wir eine der drei o. g. Varianten der Schwingungsgleichung aus. Anwendungsbeispiel für die harmonische Schwingungsgleichung Ein harmonischer Oszillator schwingt mit einer Schwingungsdauer von 1, 2 Sekunden. Die maximale Auslenkung beträgt 12 cm. Zum Zeitpunkt t = 0 s befindet sich der Oszillator in der Ruhelage auf dem Weg nach oben in positive y-Richtung. Frage: Wo befindet sich der Oszillator zu folgenden Zeitpunkten? t = 0, 6 s t = 1 s t = 1, 5 s Lösung: Gegeben sind folgende Werte: T = 1, 2 s ymax = 12 cm Wir setzen in die Schwingungsgleichung für harmonische Schwingungen die gegebenen Werte ein und berechnen so die jeweilige Auslenkung.
Die rücktreibende Kraft auf den schwingenden Körper ist entgegengesetzt gerichtet und betraglich proportional zur Auslenkung des Körpers aus der Ruhelage, kurz \({{ F}_{{\rm{rück}}}}(y) = - k \cdot y\). Wir sprechen dabei vom sogenannten linearen Kraftgesetz. Erfüllt eine Schwingung eine dieser beiden Bedingungen, so erfüllt sie stets auch die andere. Typische Beispiele Harmonische Schwingungen werden (zumindest bei kleinen Auslenkungen) von einem Federpendel, einem Feder-Schwere-Pendel oder einem Fadenpendel ausgeführt. Exaktere Überlegungen hierzu findest du in den entsprechenden Artikeln. Bewegungsgesetze der Harmonischen Schwingung Der Einfachheit halber beschreibt man in der Schule meist eine harmonische Schwingung, die beim Phasenwinkel \(\varphi = 0\) startet. Dies bedeutet, dass sich der Körper zum Zeitpunkt \(t=0\) in der Ruhelage befindet bzw. seine Kreisbewegung beim Winkel \(\varphi = 0\) startet und sich in die mathematisch positive Richtung dreht (Gegenuhrzeigersinn) bewegt.
7. Man möchte ein Fadenpendel herstellen, das in einer Sekunde genau eine Halbschwingung ausführt (Sekundenpendel). Welche Länge müsste das Pendel a)am Äquator ( g = 9, 78 m/s 2) b)am Pol ( g = 9, 83 m/s 2) haben? 8. Zum Nachweis der Erdrotation verwendete L. Foucault (1851) ein 67 m langes Pendel. Berechnen Sie die Periodendauer. 9. Woran könnte es liegen, wenn eine Pendeluhr im Winter etwas schneller geht als im Sommer? 10. Ein Fadenpendel mit einer bestimmten Frequenz wird auf den Mond gebracht. Ist dort seine Frequenz größer, gleich oder kleiner als auf der Erde? Begründen Sie. Hier finden Sie die Theorie: Harmonische Schwingungen hier die Lösungen und hier eine Übersicht über weitere Beiträge aus der Oberstufenphysik.
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