Federpendel und harmonische Schwingungen
Bei einem Federpendel entsteht eine harmonische Schwingung, wenn die Rückstellkraft proportional und entgegengesetzt zur Auslenkung ist. Die grundlegende Federpendel-Bewegungsgleichung lautet F_R = k·s, wobei k die Federkonstante ist.
Die Schwingungsdauer des Federpendels berechnet sich mit der Formel T = 2π√(m/k). Die maximale Geschwindigkeit wird mit v = ω·A·cos beschrieben, wobei ω die Kreisfrequenz und A die Amplitude ist. Die Beschleunigung ergibt sich aus a = -ω²·A·sin(ωt).
Bei der Federpendel-Energieumwandlung wandelt sich potentielle Energie (Spannenergie) in kinetische Energie um und umgekehrt. An den Umkehrpunkten ist die Geschwindigkeit null und die Spannenergie maximal. In der Mittellage ist die kinetische Energie maximal und die Spannenergie null.
💡 Merke: Bei einer idealen harmonischen Schwingung bleibt die Gesamtenergie konstant: E_ges = E_kin + E_sp. Diese Energieerhaltung ist ein fundamentales Prinzip in der Physik!
