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In diesem Artikel geht es um das Thema Schwingungen. Wir erklären dir, was eine Schwingung ist, welche Voraussetzungen für sie vorhanden sein müssen, welche Parameter sie beschreiben und welche Arten du im Hinblick auf sie unterscheiden musst. Dieser Artikel ist dem Schulfach Physik zuzuordnen und zeigt dir alles Wissenswerte zum Thema Schwingungen auf. Wie du an den noch folgenden Beispielen…
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Jetzt kostenlos anmeldenIn diesem Artikel geht es um das Thema Schwingungen. Wir erklären dir, was eine Schwingung ist, welche Voraussetzungen für sie vorhanden sein müssen, welche Parameter sie beschreiben und welche Arten du im Hinblick auf sie unterscheiden musst. Dieser Artikel ist dem Schulfach Physik zuzuordnen und zeigt dir alles Wissenswerte zum Thema Schwingungen auf. Wie du an den noch folgenden Beispielen feststellen wirst, begegnen sie uns in vielerlei Bereichen.
Eine Schwingung (Oszillation) ist im allgemeinen eine zeitlich periodische Änderung einer oder mehrerer physikalischen Größen in einem physikalischen System.
Als eine bedeutende Sonderform sehen wir uns die mechanischen Schwingungen an. Durch diese werden ausschließlich Vorgänge beschrieben, bei denen sich ein Körper regelmäßig um eine Gleichgewichtslage (Ruhelage) bewegt. Die Trägheit eines Körpers, diese Bewegung beizubehalten, führt in solchen Fällen dazu, dass der Körper sich an der Gleichgewichtslage vorbei bewegt. Dies ist der Grund, weshalb dann auch eine Schwingung um die Gleichgewichtslage zu verzeichnen ist. Uns soll es nun im Folgenden genau um derartige mechanische Schwingungen gehen.
Damit überhaupt eine mechanische Schwingung entsteht, müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein:
Als ein alltägliches Beispiel für eine mechanische Schwingung kannst du dir eine Schaukel vorstellen. Wenn sie einmal angestoßen wird, schwingt sie ebenso wie ein Uhrenpendel oder auch wie ein Fadenpendel hin und her. Der schwingungsfähige Körper ist hierbei der Sitz mit einer sich darauf befindenden Person. Eine Schwingung kommt dann zustande, wenn die Schaukel aus ihrer Gleichgewichtslage ausgelenkt wird. Das kannst du durch Anschieben von außen oder durch deine eigenen Körperbewegungen verursachen.
Abb. 1: Das Schaukeln als mechanische Schwingung
aus: https://www.grund-wissen.de/physik/mechanik/schwingungen-und-wellen/schwingungen.html
Die rücktreibende Kraft ist in diesem Fall die Gewichtskraft. Sie bewirkt, dass sich der Körper vom Punkt A aus in Richtung Ruhelage (Punkt B) bewegt. Sie wirkt solange, bis der Körper die Ruhelage erreicht hat. Aufgrund seiner Trägheit bewegt sich der Körper über die Ruhelage hinweg bis zum Punkt C. Dabei bewirkt die Gewichtskraft zunächst eine Verlangsamung der Bewegung bis zur Geschwindigkeit null (Punkt C) und anschließend wieder eine Bewegung in Richtung Ruhelage.
Es ändert sich ebenso die potentielle Energie. Sie ist in den Punkten A und C maximal und im Punkt B null. Demgegenüber ist die kinetische Energie in den Punkten A und C null und im Punkt B maximal.
Abb. 2: Physikalische Darstellung
aus: https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/mechanische-schwingungen
Eine Schwingung kannst du durch folgende Parameter beschreiben:
Den zeitlichen Verlauf eines schwingenden Körpers kannst du mithilfe von einem Weg-Zeit-Diagramm darstellen. Dabei ergibt sich ein für den jeweiligen Schwinger (Oszillator) charakteristischer, periodischer Kurvenverlauf.
Abb. 3: Federpendel
aus: https://www.grund-wissen.de/physik/mechanik/schwingungen-und-wellen/schwingungen.html
Mechanische Schwingungen können im Allgemeinen nach der Art der Energiezufuhr und nach der Form der Schwingungen unterschieden werden.
Nach Art der Energiezufuhr unterscheidet man zwischen
freien und erzwungenen Schwingungen.
Nach der Form der Schwingungen unterscheidet man zwischen
harmonischen und aharmonischen Schwingungen sowie
ungedämpften und gedämpften Schwingungen.
Wird ein schwingendes System einmal angeregt und dann sich selbst überlassen, so führt es Schwingungen mit seiner Eigenfrequenz aus. Solche freien Schwingungen führt z.B. eine Stimmgabel aus, die einmal angeschlagen wird und dann weiter schwingt. Das gilt auch für Saiten von Musikinstrumenten, die ebenfalls einmal angeschlagen werden.
Wird die Energie jedoch über einen längeren Zeitraum hinweg periodisch zugeführt, so führt das schwingende System erzwungene Schwingungen mit der Frequenz des anregenden Systems aus. Bspw. kann eine Maschine das Fundament, auf dem sie steht, zu erzwungenen Schwingungen anregen.
Hat die Weg-Zeit-Funktion einer Schwingung die Form einer Sinus-Funktion so bezeichnet man sie als harmonisch, andernfalls als aharmonischen.
Abb. 4: Harmonische und aharmonischen Schwingung
aus: https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/arten-mechanischer-schwingungen
Ein sich selbst überlassener Körper führt immer gedämpfte Schwingungen aus, da stets Reibung auftritt und durch Reibung ein Teil der mechanischen Energie in thermische Energie umgewandelt und als Wärme an die Umgebung abgegeben wird.
Soll ein Körper ungedämpfte Schwingungen ausführen, so muss ihm die Energie, die durch Reibung in thermische Energie umgewandelt wird, periodisch wieder zugeführt werden. Das geschieht z.B. bei einem Uhrenpendel durch ein Gewicht.
Bei gedämpften Schwingungen ist zu beachten, dass sich zwar im Laufe der Zeit die Amplitude verkleinert, die Schwingungszeit und damit auch die Frequenz dabei aber gleich bleibt.
Abb. 5: Ungedämpfte und gedämpfte Schwingung
aus: https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/arten-mechanischer-schwingungen#
FERTIG! Zum einen weißt du jetzt was Schwingungen sind und zum anderen bist du nun in der Lage diese in sinnvolle physikalische Zusammenhänge einzuordnen sowie zu beschreiben. Artikel zu diesem und vielen weiteren Themen, Übungsaufgaben und hilfreiche Literatur findest du auf StudySmarter.
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