Oszillatoren und Schwingungsgrößen

Ein Oszillator ist einfach erklärt ein schwingungsfähiges System wie eine Feder oder ein Fadenpendel. Wird ein Oszillator in Bewegung versetzt, führt er periodische Hin- und Herbewegungen aus. Das bedeutet, dass alle Bewegungszustände (Ort, Geschwindigkeit, Beschleunigung) in gleichen Zeitabständen wiederkehren. Ein Oszillator in Ruhe verharrt in seiner Ruhelage, bis eine externe Kraft ihn in Schwingung versetzt.

Die Schwingungsdauer oder Periodendauer (T) einer Schwingung ist die Zeit, die für eine vollständige Schwingung benötigt wird. Sie lässt sich berechnen mit: T = t/n, wobei t die gemessene Zeit und n die Anzahl der vollständigen Schwingungen ist. Schwingungen können entweder von Umkehrpunkt zu Umkehrpunkt oder über zwei Ruhelagendurchgänge gemessen werden.

Die Frequenz $f$ gibt an, wie viele Schwingungen pro Zeiteinheit stattfinden: f = n/t. Die Einheit ist Hertz (Hz). Zwischen Frequenz und Periodendauer besteht der Zusammenhang: f = 1/T bzw. T = 1/f. Diese Frequenz Schwingung Formel ist zentral für alle Arten von Schwingungen.

Die Amplitude (ŷ) einer Schwingung bezeichnet den Betrag der maximalen Auslenkung aus der Ruhelage. Die Elongation y$t$ hingegen gibt die momentane Auslenkung zum Zeitpunkt t an. In der Ruhelage ist die Elongation null, und die Richtung wird durch das Vorzeichen angegeben.

Merke: Bei der Unterscheidung zwischen harmonischen und nicht harmonischen Schwingungen ist wichtig, dass sich mathematisch alle Schwingungsformen (gedämpfte und ungedämpfte) auf die harmonischen beziehen lassen. Die harmonische Schwingung ist somit der Grundbaustein zum Verständnis komplexerer Oszillationen.