Die gedämpfte Schwingung
Fachbezug
Harmonische Bewegung, Amplitude, Luftreibung.
Wegen des Luftwiderstands wird die Amplitude bei jeder nachfolgenden Schwingung etwas kleiner. Aus diesem Grund kommen alle reale Schwingungen nach einer bestimmten Zeit zum Stillstand. Man sagt: Die Schwingung verläuft gedämpft.
Aufgabe
Der Luftwiderstand Fr ist proportional zur Geschwindigkeit v des Pendelkörpers: Fr = c . v. Der konstante Faktor c heißt Reibungszahl (Einheit: kg/s).
Wähle eine bestimmte Reibungszahl und beobachte, wie die Amplitude der Schwingung mit der Zeit abnimmt!
Aktivitäten
In dieser Animation kannst du auch die Stärke der Feder durch die Federkonstante k und die Masse des Pendelkörpers eingeben (Hooke'sches Gesetz: F = -k . x). Beobachte, wie sich das auf die Reibung, auf die Abnahme der Schwingungsamplitude auswirkt.
- Wähle größer werdende Reibungszahlen c und beschreibe das Verhalten des Federpendels!
- Bestimme die Schwingungsdauern bei größer werdender Masse m des Pendelkörpers (Tipp)!
- Bestimme die Schwingungsdauern bei größer werdender Federkonstante k (Tipp)!
- Untersuche bei gleichbleibender Masse m und Federkonstante k, ob die Schwingungsdauer von der Amplitude der Schwingung abhängt!
- Wähle eine relativ große Reibungszahl Fr und untersuche, ob die Schwingungsdauer von der Dämpfung abhängt (Tipp)!
- Wähle eine kleine Federkonstante (zB 1 N/m) und eine hohe Reibungszahl (zB c = 2 kg/s) und beobachte die Schwingung (Tipp)!
Physlet® - Davidson-College, W.Christian, M.Belloni, P.Krahmer et.al.