Harmonische Schwingungen und Wellen
Der zweite Teil des Leitfadens konzentriert sich auf harmonische Schwingungen und Wellen. Das Federpendel wird als weiteres Beispiel für harmonische Schwingungen vorgestellt.
Die Schwingungsdauer eines Federpendels wird durch die Formel T = 2π√(m/D) beschrieben, wobei m die Masse und D die Federkonstante ist.
Highlight: Das Hooke'sche Gesetz besagt, dass die Rückstellkraft einer Feder proportional zur Auslenkung ist: F = -D·s
Harmonische Schwingungen werden durch Sinus- oder Cosinus-Funktionen dargestellt. Das Weg-Zeit-Gesetz für eine harmonische Schwingung lautet s(t) = A · sin(ωt) oder s(t) = A · cos(ωt), wobei A die Amplitude und ω die Kreisfrequenz ist.
Definition: Die Kreisfrequenz ω ist definiert als ω = 2π/T = 2πf, wobei T die Periodendauer und f die Frequenz ist.
Der Leitfaden behandelt auch die Ableitung der Weg-Zeit-Funktion zur Bestimmung von Geschwindigkeit und Beschleunigung bei harmonischen Schwingungen.
Abschließend werden Wellen betrachtet, insbesondere Transversal- und Longitudinalwellen. Die allgemeine Wellengleichung wird vorgestellt: f(x,t) = ymax · sin(kx-ωt).
Vocabulary: Eine Transversalwelle schwingt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, während eine Longitudinalwelle in Ausbreitungsrichtung schwingt.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen wird durch die Formel c = λ · f = λ/T beschrieben, wobei λ die Wellenlänge, f die Frequenz und T die Periodendauer ist.