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Energieumwandlung in natur und technik

Wirkungsgrad und energieflussschemen bei energieumwandlungen

Gedämpfte und Ungedämpfte Schwingungen: Beispiele und Formeln

Name: Knowunity
Brand: Knowunity

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Gedämpfte und Ungedämpfte Schwingungen: Beispiele und Formeln

Leonie

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Schwingungen sind ein grundlegendes Phänomen in der Physik, das in vielen Alltagssituationen auftritt. Sie beschreiben die periodische Bewegung eines Körpers um eine Ruhelage. Gedämpfte und ungedämpfte Schwingungen sind zwei wichtige Arten von Schwingungen mit unterschiedlichen Eigenschaften und Anwendungen. Resonanz tritt auf, wenn ein schwingungsfähiges System mit seiner Eigenfrequenz angeregt wird, was zu besonders großen Amplituden führen kann.

• Schwingungen können frei oder erzwungen, gedämpft oder ungedämpft sein
• Wichtige Kenngrößen sind Amplitude, Schwingungsdauer und Frequenz
• Energieumwandlung zwischen potentieller und kinetischer Energie findet statt
• Resonanz kann erwünschte oder unerwünschte Effekte haben
• Dämpfung und Frequenzabstimmung beeinflussen das Schwingungsverhalten

31.1.2021

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Schwingungen
Fadenpendel
K
Schwingungen
Ein Körper schwingt um seine Ruhelage (8)
zwischen zwei Umkehrpunkten (A,C)
(Eine Schwingung von A ü

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Resonanz und Anwendungen

Resonanz ist ein wichtiges Phänomen bei Schwingungen. Sie tritt auf, wenn ein schwingungsfähiges System mit seiner Eigenfrequenz angeregt wird.

Definition: Resonanz ist der Zustand maximaler Energieübertragung, wenn die Erregerfrequenz gleich der Eigenfrequenz des Systems ist.

Bei Resonanz ergeben sich besonders große Amplituden. Dies kann sowohl erwünschte als auch unerwünschte Effekte haben.

Beispiel: Erwünschte Resonanzeffekte finden sich bei Musikinstrumenten oder beim Radioempfang. Unerwünschte Resonanz kann bei Hängebrücken oder Maschinenteilen auftreten.

Um die Amplitude einer erzwungenen Schwingung gering zu halten, gibt es zwei Möglichkeiten:

Eine große Dämpfung einsetzen (z.B. Öldämpfung)
Die Erregerfrequenz deutlich von der Eigenfrequenz abweichen lassen

Formel: Die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises lässt sich mit f_r = 1 / (2π * √(LC)) berechnen.

Bei gekoppelten Fadenpendeln tritt Resonanz auf, wenn beide Pendel die gleiche Länge und somit die gleiche Schwingungsdauer haben.

Highlight: Die Resonanzfrequenz ist unabhängig von der Masse des schwingenden Systems.

Verständnis von Resonanzphänomenen ist wichtig in vielen Bereichen der Physik und Technik, von der Akustik bis zur Elektrotechnik.

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Grundlagen der Schwingungen

Schwingungen beschreiben die periodische Bewegung eines Körpers um seine Ruhelage zwischen zwei Umkehrpunkten. Es gibt verschiedene Arten von Schwingungen, wie das Fadenpendel oder den Federschwinger.

Definition: Eine Schwingung ist die Bewegung eines Körpers von einem Umkehrpunkt über die Ruhelage zum anderen Umkehrpunkt und zurück.

Wichtige Voraussetzungen für Schwingungen sind:

Ein schwingungsfähiger Körper muss vorhanden sein
Rücktreibende Kräfte führen den Körper in die Ruhelage zurück
Energie muss zugeführt werden, um Schwingungen zu erzeugen

Beispiel: Mechanische Schwingungen im Alltag sind z.B. eine Pendeluhr, eine Schaukel oder Glocken.

Bei Schwingungen finden charakteristische Energieumwandlungen statt. Potentielle Energie wandelt sich in kinetische und thermische Energie um.

Highlight: Bei ungedämpften Schwingungen bleibt die Amplitude konstant, während sie bei gedämpften Schwingungen abnimmt.

Wichtige Kenngrößen von Schwingungen sind:

Auslenkung (y): Momentane Entfernung von der Ruhelage
Amplitude (y_max): Maximale Auslenkung
Schwingungsdauer (T): Zeit für eine volle Schwingung
Frequenz (f): Anzahl der Schwingungen pro Sekunde

Formel: Die gedämpfte harmonische Schwingung lässt sich mit folgender Formel beschreiben: y(t) = A * e^(-δt) * cos(ωt + φ)

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Definition: Resonanz ist der Zustand maximaler Energieübertragung, wenn die Erregerfrequenz gleich der Eigenfrequenz des Systems ist.

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Grundlagen der Schwingungen

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Highlight: Bei ungedämpften Schwingungen bleibt die Amplitude konstant, während sie bei gedämpften Schwingungen abnimmt.

Wichtige Kenngrößen von Schwingungen sind:

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Amplitude (y_max): Maximale Auslenkung
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