Landesbildungsserver Baden-Württemberg - Schwingungen und Wellen
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Schwingungen und Wellen

Materialien zu Schwingungen und Wellen (Kursstufe)


Mechanische Schwingungen

Diese Seite mit zwei schönen Java-Applets zeigt auf, was die lineare Schwingungsbewegung und die Kreisbewegung miteinander zu tun haben.

Das Federpendel

Mit diesem Java-Applet kann man Federpendel virtuell erforschen. Es kann im Unterricht zum Erarbeiten eingesetzt werden, eignet sich aber auch zum Wiederholen.
Diese Seite stellt die Parallelität zwischen der Kreisbewegung und der Schwingung eines Federpendels dar. Dabei lassen sich in einm Java-Applet sowohl eine simulierte Kreisbewegung, die Bewegung eines Federpendels und ein Diagramm wahlweise einblenden. Bei der Beschriftung des Diagramms kann zwischen Zeitmaßstab, Grad- und Bogenmaß gewählt werden. Natürlich lassen sich auch Frequenz und Amplitude, sowie die Anfangsbedingung (Phasenwinkel) verändern.
Diese Seite ist eine Weiterentwicklung der Seite "Kreisbewegung und Federpendel", die auch noch eine Dämpfung und damit ein Abklingen der Amplitude simulieren lässt. Die Spitze des rotierenden Pfeils bei der Kreisbewegung beschreibt daher eine Spiralbahn. Natürlich lassen sich auch hier die drei Darstellungsarten getrennt anwählen und Frequenz, Amplitude und Dämpfung verändern. Eine Theorieergänzung rundet die Seite ab.
Eine Holzfigur an einer Feder ist ein beliebtes Spielzeug. Physikalisch gesehen ist es ein Feder-Masse-System. Der Einsatz einer solchen Figur im Unterricht oder Praktikum kann durchaus auch noch Schülerinnen und Schüler der Kursstufe ansprechen, vor allem, wenn die Figuren lustig gemacht sind. Dabei ergeben sich auch physikalisch sehr interessante Fragestellungen.
Hier wird die Schwingung eines Federpendels simuliert, wobei wahlweise Elongation, Geschwindigkeit, Tangentialbeschleunigung, Kraft und Energie als Funktion der Zeit aufgetragen wird. Die wechelseitige Umwandlung von kinetischer Energie in potentielle Energie wird im Schaubild und dynamisch als Balken angezeigt. Die Kraft wird auch als sich dynamisch ändernder Vektor an der bewegten Feder visualisiert.
Mit diesem schönen Applet aus den USA kann man intuitiv des Federpendel erfoschen. Ändere die Auslenkung, die Masse oder die Federhärte und beobachte was passiert. Mehrere Kurven können in ein Diagramm eingetragen werden, so dass ein Vergleich leicht möglich ist.
Ein Java-Applet mit dem man das bekannte Experiment noch einmal nachvollziehen kann. Es eignet sich zur Visualisierung im Unterricht, zum selber Erarbeiten und zum Wiederholen.
Bei dieser Simulation geht es um zwei Pendel, die durch eine Feder geringer Federhärte gekoppelt sind. Aufgezeigt wird die Auslenkung jedes einzelnen Schwingers.
Welche Schwingungsgleichung beschreibt welche Anfangsbedingung richtig? Probiere mit diesem Applet aus, ob in der Schwingungsgleichung Sinus oder Cosinus stehen muss.

Schwingendes Reagenzglas und Federpendel

Ein Reagenzglas, das in einen Standzylinder eingetaucht wird, macht harmonische Schwingungen. Hier finden Sie die Theorie hierzu.
Ein Federpendel und ein im Wasser schwingendes Reagenzglas haben mehr gemeinsam als man denkt. Schauen Sie sich den Vergleich hier an.

Freie, gedämpfte und erzwungene Schwingung

Probiere freie Schwingungen eines Feder-Masse-Systems mit Hilfe dieser Theorieseite und eines schönen Applets aus Spanien aus
Simuliere gedämpfte Schwingungen mit unterschiedlicher Dämpfung mit diesem schönen Applet aus Spanien
Was ist eine erzwungene Schwingungen, wann ereicht die Amplitude eine Maximum, welche Phasenbeziehung gibt es zwischen der Schwingung und der anregenden Kraft? Diese Seite mit einem schönen Applet aus Spanien gibt Antworten.

Das Fadenpendel

Fadenlänge und die Auslenkung verändern um die Auswirkungen zu studieren. Da hier eine echte Iterationsrechnung mit Kräften verwendet wird, kann man auch untersuchen, wie sich ein Fadenpendel verhält, das nicht der Idealisierung einer konstanten Richtgröße unterliegt. Ein Arbeitsblatt und ein interaktives Quiz ergänzt die Seite.
Dieses Java-Applet demonstriert die Schwingung eines (als reibungsfrei angenommenen) Fadenpendels und zeichnet wahlweise Elongation, Geschwindigkeit, Tangentialbeschleunigung, Kraft und Energie als Funktion der Zeit auf.

Vergleich: mechanische und elektrische Schwingungen

Hier werden die Schwingungsvorgänge eines Federpendels(Feder-Masse-System) mit dem eines elektrischen Schwingkreises verglichen.
Nicht nur die Schwingungsvorgänge selbst sondern auch die Schwingungsgleichungen sind ähnlich. Hier wird diese Parallele in der Herleitung der Gleichungen deutlich gemacht.

Scripte zum Thema:

Script von Rudolf Lehn
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