Schwingungen - Wenn Dinge hin und her wippen
Stell dir vor, du ziehst eine Masse an einer Feder und lässt sie los - schon hast du eine Schwingung! Das ist eine periodische Bewegung um eine stabile Gleichgewichtslage. Je nachdem, ob äußere Kräfte mitspielen, unterscheidest du zwischen freien (ohne Störung), erzwungenen (mit äußerem Takt) und gedämpften Schwingungen (die langsam schwächer werden).
Eine Schwingung ist harmonisch, wenn das Hookesche Gesetz F = -D·s gilt. Die mathematische Beschreibung s = ŝ·sin sieht kompliziert aus, ist aber nur die Formel für die Position zur Zeit t. Die Kreisfrequenz ω hängt mit der Periode T zusammen: ω = 2π/T.
Federpendel und Fadenpendel sind die Klassiker: Beim Federpendel gilt T = 2π√(m/D) - je schwerer die Masse oder weicher die Feder, desto langsamer schwingt's. Beim Fadenpendel ist's verrückt: Die Masse spielt keine Rolle! Nur Länge und Erdanziehung zählen: T = 2π√(l/g).
Merktrick: Bei Schwingungen wechseln sich kinetische, potentielle und Spannenergie ständig ab - die Gesamtenergie bleibt aber konstant!
