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Zusammenfassung
Schwingungen

Energie und Dämpfung

Energieumwandlung
Beim Schwingen wird Energie ständig umgewandelt, zwischen Lageenergie (beim Federpendel: Spannenergie der Feder) und Bewegungsenergie.
Umkehrpunkt AEpotEkinRuhelageEpotEkinUmkehrpunkt BEpotEkin
An den wichtigen Stellen
UmkehrpunktRuhelage
Lage- bzw. Spannenergiemaximalminimal (0)
Bewegungsenergie0maximal
Geschwindigkeit0maximal
Rücktreibende Kraft und Beschleunigungmaximal0
Die Formeln
  • Lageenergie: Epot = m · g · h
  • Spannenergie der Feder: ESpann = 12 · D · s², s ist die Auslenkung gegenüber der Ruhelage
  • Bewegungsenergie: Ekin = 12 · m · v²
Pendel, m = 0,1 kg, um h = 5 cm angehoben: Epot = 0,1 kg · 9,81 m/s² · 0,05 m ≈ 0,049 J In der Ruhelage ist alles Ekin: v = √2 · g · h ≈ 0,99 m/s

Gedämpfte Schwingungen

Warum hört jede Schwingung auf?
In der Realität gibt es immer Reibung, an der Luft und in der Aufhängung. Durch die Reibungsarbeit WR wird ein Teil der Energie bei jeder Schwingung in Wärme umgewandelt. Diese Energie fehlt der Schwingung danach. Darum wird die Amplitude mit der Zeit kleiner, bis der Körper in der Ruhelage stehen bleibt.
tyAmplitude nimmt ab
💡 Die Energie geht dabei nicht verloren. Sie wird nur in eine Form umgewandelt, die man für die Schwingung nicht mehr nutzen kann.

Ausprobieren

Fadenpendel
Beobachte die Balken: In den Umkehrpunkten ist alles Lageenergie, in der Ruhelage alles Bewegungsenergie. Mit Reibung wächst der Wärme-Anteil, und das Pendel kommt langsam zur Ruhe.
EpotEkinWärme
Selbst üben
An welcher Stelle ist ein Pendel am schnellsten?
In der Ruhelage, dort ist die gesamte Energie Bewegungsenergie.
An welcher Stelle wirkt die größte Rückstellkraft?
In den Umkehrpunkten, dort ist die Auslenkung am größten.
Eine Kugel (m = 0,2 kg) wird bei einem Pendel um 20 cm angehoben. Wie schnell ist sie in der Ruhelage, wenn man die Reibung vernachlässigt?
v = √2 · 9,81 m/s² · 0,2 m ≈ 2,0 m/s, die Masse kürzt sich heraus.