Federpendel: Eigenschaften und Berechnungen

Das Federpendel stellt eine weitere Form des harmonischen Oszillators dar, mit eigenen charakteristischen Formeln.

Definition: Ein Federpendel besteht aus einer an einer Feder befestigten Masse, die in vertikaler oder horizontaler Richtung schwingt.

Die Feder Masse Pendel Formel für die Eigenfrequenz lautet:

f = 1/(2π) * √(k/m)

Hierbei ist:

• f die Eigenfrequenz in Hertz (Hz)
• k die Federkonstante (N/m)
• m die Masse (kg)

Highlight: Im Gegensatz zum Fadenpendel ist die Eigenfrequenz des Federpendels von der Masse abhängig, aber unabhängig von der Gravitation.

Example: Für ein Federpendel mit einer Federkonstante von 100 N/m und einer Masse von 1 kg ergibt sich eine Frequenz von etwa 3 Hz.

Die Bewegung des Federpendels folgt ebenfalls einer sinusförmigen Funktion, wobei die Auslenkung zwischen zwei Umkehrpunkten oszilliert.

Harmonischer Oszillator: Allgemeine Eigenschaften und mathematische Beschreibung

Der harmonische Oszillator ist ein fundamentales Konzept in der Physik, das sowohl auf Fadenpendel als auch auf Federpendel anwendbar ist.

Definition: Ein harmonischer Oszillator ist ein System, das eine sinusförmige Schwingung um eine Gleichgewichtslage ausführt.

Charakteristika harmonischer Schwingungen:

• Sinusförmiger Verlauf
• Lineare Rückstellkraft

Die allgemeine Harmonischer Oszillator Bewegungsgleichung lautet:

y(t) = A * sin(ωt + φ)

Hierbei ist:

• y(t) die Auslenkung zum Zeitpunkt t
• A die Amplitude
• ω die Kreisfrequenz
• φ die Phasenverschiebung

Highlight: Die Bewegung eines harmonischen Oszillators kann durch einen rotierenden Zeiger im Einheitskreis visualisiert werden.

Example: Für ein Fadenpendel mit einer Länge von 14 m und einer Frequenz von 0,19 Hz ergibt sich nach 10 Sekunden eine Auslenkung von etwa 0,84 m.

Die mathematische Beschreibung harmonischer Oszillatoren ermöglicht präzise Vorhersagen über das Verhalten von Pendeln und anderen schwingenden Systemen in verschiedenen Anwendungen der Physik und Technik.