Versuche zu Schwingungen und Wellen

Versuche zu Schwingungen und Wellen

A01  Pendel

A01.01  Fadenpendel, mathematisches Pendel

Ein Fadenpendel kommt den Werten eines mathematischen Pendels so nahe, dass man an diesem die theoretischen Vorhersagen studieren kann. Es sind drei Pendel aufgebaut. Zwei haben die gleiche Fadenlänge und unterschiedliche Pendelmassen, mit denen eine gleiche Schwingungsdauer (`T = 2\mathrm{s}`) gezeigt werden kann. Die Fadenlänge des dritten Pendels ist so gewählt, dass sich die halbe Schwingungsdauer (`T = 1\mathrm{s}`) ergibt.

A01.02  Federpendel

Federpendel mit unterschiedlichen Federn und Pendelmassen sind aufgebaut. Mit einer Stoppuhr können die Schwingungsdauern verglichen werden.

A01.03  Ringpendel
A01.04  Physikalisches Pendel; Reversionspendel

Ein ausgedehnter Körper kann an verschiedenen Drehpunkten aufgehängt werden. Dabei ergeben sich verschiedene Schwingungsdauern, die mit einer Stoppuhr gemessen werden.

A01.06  Kugel auf gebogener Schiene

Eine Billardkugel wird auf einer gebogenen Schiene in Schwingung versetzt.

A02  Schwingungen

A02.01  Gleichlauf Schwingung/Drehbewegung

Ein Federpendel wird neben einer rotierenden Scheibe mit Stift mittels einer Bogenlampe projiziert. Bei richtiger Einstellung von Schwingeramplitude und Rotationsfrequenz sind beide Bewegungen synchron.

A02.02  Schwingende Flüssigkeit im U-Rohr

In einem U-Rohr ist gefärbtes Wasser, das man in Schwingungen versetzen kann.

A03  Zusammengesetzte Schwingungen

A03.01  Gekoppelte Schwerependel (klein)

Zwei Schwerependel sind über eine Feder verbunden. Damit lassen sich gleichsinnige und gegensinnige Bewegung sowie der Energieaustausch zwischen den Pendeln demonstrieren.

A03.02  Gekoppelte Schwerependel (groß)
A03.04  Sommerfeldpendel

Das Sommerfeldpendel ist ein Federpendel, bei dem die schwingende Masse ein ausgeprägtes Trägheitsmoment hat. Daher kann das System zwei Schwingungen ausführen. Einmal die elastische Längsschwingung zum Anderen eine Torsionsschwingung. Nach Auslenkung wechseln die Schwingungsarten sich alternierend ab.

A03.05  Torsionskopplung
A03.06  Tripelpendel
A03.07  Rottsches Pendel

Das Rottsche Pendel besteht aus einem drehbaren Metallbügel mit einem Gelenk und führt nichtlineare Schwingungen aus.

A03.08  Eigenschwingung von elastisch verbundenen Kugeln

Zwei oder drei Holzkugel sind mit Federn verbunden und an Stativstangen befestigt. Man kann unterschiedliche Schwingungen studieren.

A03.10  Elektrische Schwebung
A03.11  Akustische Schwebung

Zwei Funktionsgeneratoren geben ihr Sinussignal auf zwei Lautsprecher. Die Frequenzen werden an beiden Generatoren auf nahezu gleiche Werte eingestellt. Man kann deutlich Schwebungen hören.

Mit einem Oszilloskop können die Signale sichtbar gemacht werden.

A03.12  Lissajous-Figur 2:3 (Fadenpendel)

Mit mehreren Fäden wird ein Pendel konstruiert, das in Form einer Lissajous-Figur schwingt.

A03.13  Lissajous-Figur (Oszilloskop)
A03.16  Fourier-Synthesizer

Mit einem Fourier-Synthesizer kann man aus einem harmonischen Grundton und Obertönen verschiedene anharmonische Schwingungen mischen.

A04  Gedämpfte Schwingungen

A04.01  Federpendel in Wasser gedämpft

Ein Federpendel schwingt unter Wasser und wird dadurch gedämpft.

A04.02  Gedämpfte Schwingung auf LKS
A04.03  Pohlsches Drehpendel

Das Pohlsche Drehpendel besteht aus einer drehbaren Kupferscheibe, an der eine Uhrfeder befestigt ist. Das andere Ende der Uhrfeder kann mit einem Motor periodisch bewegt werden, um das Pendel anzuregen. Zur Dämpfung wird eine Wirbelstrombremse benutzt.

A05  Erzwungene Schwingungen

A05.01  Pohlsches Drehpendel
A05.02  Zungenfrequenzmesser
A05.03  Erzwungene Schwingung auf LKS

Auf einer Luftkissenschiene wird ein Wagen als Erreger periodisch angetrieben. Ein zweiter Wagen ist über eine Feder an den Erreger gekoppelt und wird zu einer Schwingung angeregt. Die Positionen beider Wagen können über zwei Flüssigkeitspotentiometer auf dem Oszilloskop dargestellt werden.

A05.05  Parametrischer Oszillator (Schaukelprinzip)
A05.06  Brückenfilm

A06  Wellen

A06.01  Wasserwellen-Wanne
A06.02  Modell Sinuswelle
A06.03  Wellenmaschine
A06.04  Kleine Wellenmaschine longitudinal/transversal
A06.05  Modell Phasen- und Gruppengeschwindigkeit

Eine Kurbel ist mit einer Spirale versehen, die ein Wellenpaket repräsentiert. Beim Kurbeln schraubt sich das Wellenpaket mit der Gruppengeschwindigkeit vorwärts, die durch den Kupferpfeil angezeigt wird. Der rote Ring zeigt die Position eines Wellentales an, das sich mit der Phasengeschwindigkeit bewegt.

A06.06  Film zur Phasen- und Gruppengeschwindigkeit
A06.07  Zwei Peitschen
A06.08  Lochsirene
A06.09  Schall im Vakuum
A06.10  Seilwellen

A07  Stehende Wellen

A07.01  Modell stehende Welle

Das Modell zeigt 2 Sinuswellen und die aus der Überlagerung dieser Wellen resultierende stehende Welle.

A07.02  Rubenssches Flammrohr
A07.06  Holzkugeln zwischen Schraubenfedern
A07.07  Schwingende Saite
A07.08  Kundtsches Rohr
A07.09  Resonanz einer Stimmgabel
A07.10  Schallabstrahlung
A07.11  Chladnische Klangfiguren
A07.12  Kopplung / Rückkopplung
A07.14  Schwingungserreger mit Federring
A07.15  Schwingungserreger mit Klangplatten nach Chladni
A07.16  Schwingungserreger mit Blattfedern
A07.17  Schwingungserreger mit schwingender Saite
A07.18  Quinckesches Rohr