Kleine Sektflaschen Hochzeit
Grundwissen Harmonische Schwingungen Das Wichtigste auf einen Blick Harmonische Schwingungen können mit Sinus- bzw. Kosinusfunktionen vollständig beschrieben werden. Bei harmonischen Schwingungen ist die rücktreibende Kraft proportional zur Auslenkung aus der Ruhelage (lineares Kraftgesetz). Das Zeit-Orts-Gesetz lautet \(y(t) = \hat y \cdot \sin \left( {\omega \cdot t} \right)\) Aufgaben Eine wichtige Sonderform der Schwingung ist die harmonischen Schwingung. Die harmonische Schwingung, die manchmal etwas salopp auch als Sinusschwingung bezeichnet wird, verläuft nicht nur periodisch und besitzt eine eindeutige Gleichgewichtslage, sondern erfüllt noch eine weitere Bedingung: Eine Schwingung heißt harmonische Schwingung, wenn sie eine der folgenden Bedingungen erfüllt. Die Bewegung des schwingenden Körpers stimmt mit der Projektion einer Kreisbewegung überein (und kann somit durch eine Sinus- oder Kosinusfunktion, z. Harmonische schwingung aufgaben lösungen kursbuch. B. mit \(y(t) = \hat y \cdot \sin \left( {\omega \cdot t} \right)\) oder \(y(t) = \hat y \cdot \cos \left( {\omega \cdot t} \right)\), abhängig von den Ausgangsbedingungen, beschrieben werden).
Uns soll es nun im Folgenden genau um jene harmonischen Schwingungen bzw. Bewegungen gehen. Doch wie leiten wir die Bewegungsgleichung für derartige ab? Harmonische Schwingung - Übungsaufgaben - Abitur Physik. Herleitung der Bewegungsgleichung für harmonische Schwingungen Um eine Funktion für die Auslenkung (Elongation) in Abhängigkeit von der Zeit zu finden, stellen wir folgende Überlegung auf: Die Projektion einer gleichförmigen Kreisbewegung entspricht der Bewegung eines harmonischen Schwingers (Oszillator). Unter jener können wir uns die Bewegung eines Körpers auf einer Kreisbahn vorstellen, bei der in gleich langen Zeitabschnitten gleich lange Wegstrecken zurückgelegt werden. Für uns ist es vor allem wichtig zu wissen, dass der Betrag der Bahngeschwindigkeit gleich bleibt, nicht aber die Richtung. Der Radius r entspricht dabei der Amplitude ymax und die Umlaufdauer entspricht der Schwingungsdauer t: Abb. 1: Die Projektion einer gleichförmigen Kreisbewegung aus: Für die Elongation y gilt jeweils: Der Winkel (phi), den man auch als Phasenwinkel oder nur als Phase bezeichnet, kannst du mit Hilfe der Umlaufzeit ausdrücken.
1. Die Pendeluhr a)Was muss man tun, wenn eine Pendeluhr zu schnell geht? b)Ändert sich ihr Zeittakt, wenn die Amplituden des Pendels immer kleiner werden? c)Wie muss man verfahren, damit das Pendel mit halber Frequenz schwingt? Ausführliche Lösung a) Wenn die Pendeluhr zu schnell geht, muss man die Pendellänge vergrößern. Das lässt sich in den meisten Fällen durch eine Einstellschraube am unteren Ende des Pendels erreichen. Dadurch wird die Periodendauer der Schwingung vergrößert. b) Die Verringerung der Amplituden haben keinen Einfluss auf die Periodendauer und damit auf den Zeittakt. Aufgaben zur harmonischen Schwingung I • 123mathe. Die Periodendauer der harmonischen Schwingung ist nur von der Pendellänge l und der Gravitationskonstante g abhängig. c) Für die Frequenz der harmonischen Schwingung gilt: Die halbe Frequenz wird bei einer vierfachen Pendellänge erreicht. 2. Ein Fadenpendel schwingt mit der Periodendauer T 1 = 1, 91 s. Wenn man den Faden um 130 cm verlängert, erhöht sich die Periodendauer auf 2, 98 s. Berechnen Sie aus diesen genau messbaren Angaben die Fallbeschleunigung für den Ort, an dem das Pendel schwingt.
Dazu benötigen wir nichts weiter als Stift und Papier… und eine Menge Geduld, wenn wir eine brauchbare Zeitauflösung verfolgen! Wie können wir unsere nun zeitdiskrete Differentialgleichung mit Hilfe von Matlab/Octave lösen? Tipp: Hier finden Sie Informationen zur Anwendung einer der populärlisten Möglichkeiten unser Problem zu lösen! [ t, x] =;%Lösung der dgl nach x in Abhängigkeit von t Plotten Sie nun das Ergebnis. Harmonische schwingung aufgaben lösungen arbeitsbuch. Dazu bietet es sich an, zunächst ein Winkel-Zeit-Diagramm und ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm auszugeben. Die Lösung unserer Differentialgleichung wurde in \(x\) gespeichert und besteht aus zwei Spalten, dem Winkel und der Geschwindigkeit. Tipp: Wie man auf einzelne Spalten einer Matrix zugreift und weiteres zur Indizierung von Arrays in Matlab/Octave finden Sie zum Beispiel hier. phi_t = x (, ) ';%Auslesen der Winkel-Komponenten aus dem Ergebnisvektor x omega_t = x (, ) ';%Auslesen der Winkelgeschwindigkeits-Komponenten aus dem Ergebnisvektor x Mit Hilfe des plot-Befehls können wir nun unsere Diagramme zeichnen lassen, diese sollten ungefähr so aussehen: Tipp: Mit subplot können mehrere plots nebeneinander dargestellt werden!
Ausführliche Lösung Die Pendellänge beträgt etwa 0, 248 m. 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? Ausführliche Lösung Wenn die Zeit für eine Halbschwingung 1 Sekunde betragen soll, dann beträgt die Periodendauer des Pendels T = 2 s. a) Am Äquator ist die Länge des Sekundenpendels etwa 0, 991 m. b) Am Pol ist die Länge des Sekundenpendels etwa 0, 996 m. 8. Harmonische schwingung aufgaben lösungen online. Zum Nachweis der Erdrotation verwendete L. Foucault (1851) ein 67 m langes Pendel. Berechnen Sie die Periodendauer. Ausführliche Lösung Die Periodendauer des Pendels beträgt etwa 16, 42 s. 9. Woran könnte es liegen, wenn eine Pendeluhr im Winter etwas schneller geht als im Sommer? Ausführliche Lösung Im Winter, wenn es kälter ist, zieht sich das Pendel etwas zusammen (Wärmeausdehnung), ist also kürzer. Bei kürzerer Pendellänge wird die Periodendauer geringer und damit die Frequenz größer.
Diese Verschiebungen treten allgemein auf, unabhängig von der Periodendauer \(T\) und dem Startzeitpunkt der harmonischen Schwingung. Allgemeiner Fall mit beliebigem Startpunkt Für den allgemeineren Fall, in dem sich der Körper zur Zeit \(t = 0\) bei der Kreisbewegung schon bei einem Winkel \(\varphi \ne 0\) befindet, wird die Beschreibung etwas komplizierter. Hier musst du die Phasenverschiebung \(\varphi\) im Argument von Sinus bzw. Kosinus in allen drei Gesetzmäßigkeiten berücksichtigen. Abb. 2 Bewegungsdiagramm im allgemeinen Fall Zeit-Orts-Gesetz \[y(t) = \hat y \cdot \sin \left( {\omega \cdot t + \varphi} \right)\] Zeit-Geschwindigkeits-Gesetz \[v(t) = \dot y(t) = \hat y \cdot \omega \cdot \cos \left( {\omega \cdot t + \varphi} \right) = \hat v \cdot \cos \left( {\omega \cdot t + \varphi} \right)\] Zeit-Beschleunigungs-Gesetz \[a(t) = \dot v(t) = \ddot y(t) = - \hat y \cdot {\omega ^2} \cdot \sin \left( {\omega \cdot t + \varphi} \right) = - \hat a \cdot \sin \left( {\omega \cdot t + \varphi} \right)\] Quiz Übungsaufgaben