← Zurück
Zusammenfassung
Schwingungen

Versuch: Federkonstante über die Periodendauer

Ziel
Die Federkonstante D einer Feder soll aus der Periodendauer eines Federpendels bestimmt werden.
Idee
Die Formel für das Federpendel wird nach D umgestellt:
T = 2π · √mD  →  D = 4π² · mT²
Man braucht also nur die Masse m und die Periodendauer T.
Material
  • Stativ mit Feder
  • Massestück, z. B. 200 g
  • Stoppuhr oder Handy
  • Waage
Durchführung
  1. Massestück an die Feder hängen und wiegen.
  2. Das Massestück etwas nach unten ziehen und loslassen.
  3. Die Zeit für 10 Schwingungen stoppen.
  4. Den Versuch mehrmals wiederholen und den Mittelwert bilden.
Beispielmessung
VersuchZeit für 10 Schwingungen
18,9 s
29,1 s
38,8 s
48,9 s
58,8 s
Mittelwert8,9 s
Auswertung
Erst T aus dem Mittelwert, dann D berechnen.
T = 8,9 s : 10 = 0,89 s D = 4π² · 0,2 kg(0,89 s)² D ≈ 10 N/m
Fehlerquellen
  • Reaktionszeit beim Starten und Stoppen der Uhr
  • zu große Auslenkung, sodass das Massestück seitlich pendelt
  • Die Masse der Feder selbst wird nicht berücksichtigt.
💡 Zur Kontrolle kann man D auch statisch bestimmen: Massestück anhängen, die Verlängerung s messen und D = F / s = m · g / s rechnen.
Selbst üben
Ein Massestück mit m = 0,1 kg schwingt mit T = 0,4 s. Wie groß ist D?
D = 4π² · 0,1 kg / (0,4 s)² ≈ 24,7 N/m
Warum misst man die Zeit für 10 Schwingungen statt für eine?
Der Fehler beim Starten und Stoppen verteilt sich auf 10 Schwingungen und wird pro Schwingung zehnmal kleiner.