Protokoll der Physikstunden vom 01.03.2005

Protokoll der Physikstunden vom 01.03.2005
Kurs:
Physik 2
Abwesend:
Jennifer Woodrum
Protokollantin: Beate Magin
1) Rückgabe der HÜ
2) Wiederholung des linearen Kraftgesetzes
Feder: T = 2 Pi √m/D
Faden: T = 2 Pi √l/g
3) Besprechung der Hausaufgabe
Aufgabe 6:
An einer Schraubenfeder hängt ein Körper mit der Masse 200 g. Durch die vertikal nach
unten wirkende Kraft F = 0,5 N wird der Körper zunächst um die Strecke r = 10 cm aus
seiner Gleichgewichtslage ausgelenkt. Der Körper wird dann freigegeben und führt eine
freie Schwingung aus.
a) Berechnen Sie die Schwingungsdauer der Schwingung.
b) Berechnen Sie die Geschwindigkeit v, mit der der Körper durch die Ruhelage schwingt.
Gegeben:
a) Gesucht:
Rechnung:
r = 10 cm ; F = 0,5 N ; m = 0,2 kg
T
b) Gesucht:
Rechnung:
v
Aufgabe 7:
An einer Schraubenfeder hängt ein Körper mit der Masse m = 500 g. Er führt in vertikaler
Richtung eine freie Schwingung aus. Im Zustand der äußersten Auslenkung ist er r = 12 cm
von der Gleichgewichtslage entfernt, er erfährt dabei die Beschleunigung a = 60 cm/s².
Berechnen Sie die Federkonstante D der Schraubenfeder.
Gegeben:
Gesucht:
Rechnung:
m = 0,5 kg ; r = 0,12 m ; a = 0,6 m/s²
T;D
Alternativlösung:
5.3.2. Die mechanische Welle
5.3.1.1. Entstehung einer harmonischen Welle
a) gekoppelte Pendel
1.
2. Durchführung:
4 Fadenpendel werden durch belastete Seilstücke untereinander gekoppelt.
Aufgabe:
Idee 1:
Idee 2:
Vernetzung der Pendel untereinander
Faden der nicht ganz gespannt ist -> pendelt erst später -> Spannung
fehlt
entweder aus Gummi machen oder Gewichte dazwischenschalten,
wobei die Kopplungsgewichte überall gleich schwer sein sollen
Beobachtung von Idee 2, wenn das linke Pendel ausgelenkt wird und sich dann
selbst überlassen bleibt:
Das erste (linke) Pendel besitzt die größte Energie und überträgt sie
immer weiter bis sie das vierte (rechte) erreicht. Ist sie dort
angekommen, befindet sich Pendel 1 in Ruhelage, da es die gesamte
Energie übertragen hat, wobei die Energie vom letzten auch wieder ans
erste Pendel übertragen werden müsste.
-> ohne Reibung würde es immer so weitergehen ohne aufzuhören
3. Beobachtung:
Das erste (angestoßene) Pendel überträgt die Schwingungsenergie auf das
Benachbarte zweite, diese auf das dritte, usw. Das erste Pendel verliert seine
Energie und kommt schließlich zur Ruhe (!).
Veränderung des Versuchs, indem die Kopplungen nach oben verstellt
(verringert) werden.
Beobachtung:
Das erste Pendel überträgt und verliert seine Energie an das zweite Pendel, usw. bis
zum Ende. Die Energie wird jedoch langsamer übertragen, weil unten eine Hemmung
durch Auslenkung (Elongation) erfolgt.
4. Bei geringer Kopplung ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit v geringer
(Energieübertragung).
b) Longitudinalwelle (Längswelle) – Transversalwelle (Querwelle)
Transversal: Pendel schwingt quer zu v
Longitudinal: Pendel schwingt längs zu v
Grundrichtung der Welle: rechts
Quer: Schwingungen senkrecht zur Welle
Längs: Schwingungen in Richtung der Ausbreitungsgeschwindigkeit
Welle = Energietransport ohne besondere Bewegung
Beobachtung des Versuchs mit einer Federwelle:
Bei Auslenkung:
Nur die Energie in Form einer Auslenkung „wandert“ über die Feder -> Feder beult
sich kurz aus, bleibt aber wo sie ist, die Energie kommt jedoch an.
c) Seilwellen
1. Transversal
Eine Auslenkung breitet sich über das Federseil aus. Dabei wird die Energie
transportiert (ohne Mssentransport).
Eine Welle ist ein Energiepaket, das in der Ausbeulung steckt.
Spiralfedern: typische Transversalschwingung -> Verdichtung breitet sich aus
2. Längswelle
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I ->
Verdichtung
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->
Eine Verdichtung breitet sich über die
Feder aus. Dabei wird Energie
transportiert (ohne Materie).
d) Begriffe
Oszillator:
Kleinstes schwingendes Teilchen des Wellenträgers
Wellenträger: Körper, über den die Welle wandert (z.B. das Federseil)
Kopplung:
Elastische Verbindung zwischen den Oszillatoren des Wellenträgers
Auslenkung: Weg des Oszillators quer (längs) zur Ausbreitungsrichtung