Das Fadenpendel

Dieses Java-Applet ist die virtuelle Entsprechung des Fadenpendels. Es dient der visuellen Unterstützung bei der Erarbeitung der Theorie des Experimentes. Man kann mit ihm aber auch die Abhängigkeiten selbst erforschen oder das Experiment virtuell nachbereiten.

Fragen und Aufgaben:

1) Pendellänge und Periodendauer.

Belasse alle Grundeinstellungen und klicke "Start". Ändere nur die Pendellänge (Auswahlfeld ganz links).

• Welche Länge muss ein "Sekundenpendel" haben, also ein Fadenpendel, das eine Periodendauer von 1,0 s hat?
• Welche Länge muss das Pendel haben, damit die Periodendauer der Schwingung 2,0 s beträgt?
• Welche Periodendauer hat ein Pendel von 0,5 m Länge?

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2) Pendellänge und Auslenkwinkel.

Wähle als Pendellänge wieder 0.25 m. Verändere diesmal den Auslenkwinkel zwischen 10° und 70°.
Klicke jeweils "Start" und beobachte, wie viele Schwingungen das Pendel in 5,0 s macht.

• Wie verändert sich die Periodendauer, wenn der Auslenkwinkel immer größer gewählt wird?
  Wird sie bei größerem Auslenkwinkel größer oder kleiner?
• Bis zu wie viel Grad Auslenkwinkel macht das Pendel praktisch immer noch 5 Schwingungen in 5,0 s ?

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3) Auslenkwinkel und Geschwindigkeit der Pendelkugel.

Wird ein Pendel weiter ausgelenkt, so hat es während einer Periode einen größeren Kreisbogenausschnitt zurückzulegen. Warum bleibt aber dennoch die Periodendauer (fast) unverändert?

• Untersuche zur Beantwortung der Frage, wie sich die Geschwindigkeit der Pendelkugel dabei verändert.

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4) Einfluss der Dämpfung.

In der Realität schwingen Fadenpendel gedämpft. An der Aufhängung des Fadens tritt Reibung auf. Außerdem muss die Kugel beim Schwingungsvorgang laufend Luft vor sich verschieben und wird dadurch - wie ein Fahrradfahrer oder Auto - auch ständig gebremst.
Der Schwingungsvorgang ist also nicht verlustfrei, sondern gedämpft. Dem System Fadenpendel geht Energie verloren, die in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben wird.
Nach dem Energieerhaltungssatz müsste das Pendel seine Ausgangshöhe auf der anderen Seite eigentlich wieder erreichen. Dies passiert aber nur, wenn es keine Dämpfung gibt. In der Realität wird wegen der Dämpfung die Ausgangshöhe nicht mehr ganz erreicht - die Schwingung "klingt ab".

Wähle am besten als Auslenkung 0,5 m und als Auslenkwinkel -40°.

• Verändere die Dämpfung und beobachte die Auswirkung auf den Schwingungsvorgang.

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Fragen / Aufgaben als Arbeitsblatt herunterladen fadenpendel.doc 

Interaktives Quiz zur Seite aufrufen:  fadenpendelquiz.htm

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Sie müssen dazu die gepackte Datei (fadenpendel.zip) herunterladen und in ein Verzeichnis entpacken.
Das Paket enthält die Internet-Seite und alle darauf befindlichen Bilder, das Arbeitsblatt und das Quiz. Die nötigen Java-Achive sind ebenfalls enthalten.

Ihr Browser muss aber genauso für die Wiedergabe von Javascript und Java eingerichtet sein.

Die Datei herunterladen : fadenpendel.zip

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Die Simulationen entstanden mit Hilfe von Physlets von Wolfgang Christian und Mario Belloni vom Davidson College, USA  (Copyright Hinweise) © Javascript dieses Problems : Klaus-Dieter Grüninger, Landesbildungsserver Baden-Württemberg