Big Bang HTL 3, Schulbuch

Schwingungen – Vertiefung 2 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) 15 Abb. 2.13: Schematische Darstellung schlechter (a) und guter Stoßdämpfer (b): Es ist die Bahn eines Punktes der Karosserie eingezeichnet. Die Federn in Abb. 2.10 sollen die Räder möglichst gut auf der Straße halten, indem sie Bodenschläge abfangen. Diese Federn alleine genügen aber nicht für eine sichere Fahrt, denn nach jeder Bodenwelle würde das Auto noch viele Male hin- und herschwingen (Abb. 2.13 a). Die Federn sind also keine Stoßdämpfer , obwohl das viele Leute vermuten ( F6 ). Diese liegen innerhalb der Federn (Abb. 2.14). Stoßdämpfer bestehen im Prinzip aus mit Öl gefüllten Zylin- dern, in denen sich bei Zug oder Druck ein Kolben bewegt. Dadurch wird das Öl durch Ventile von einer in eine andere Kammer gedrückt. Es entsteht Wärme, und die Schwingung wird gedämpft. Deshalb ist die Bezeichnung Stoßdämpfer nicht gelungen, es wäre besser von Schwingungsdämpfern zu sprechen. Diese Dämpfung ist wichtig, um die Fahrsicher- heit zu gewährleisten. Schaukelt das Auto zu sehr, verlän- gert sich der Bremsweg und das Kurvenverhalten wird schwammig. Auch in der Architektur spielt die Schwingungsdämpfung eine Rolle. Die Millenium-Brücke in London musste im Jahr 2000 kurz nach ihrer Einweihung gleich wieder geschlossen werden. Der Grund: Tausende schaulustige Fußgänger ver- setzten die Brücke in ungewollte Schwingungen. Später wurden unter der Brücke Schwingungsdämpfer eingebaut, die diese Schwingungen fast auf Null reduzieren – die Brücke war allerdings 1 1/2 Jahre gesperrt. Einer der höchs- ten Wolkenkratzer der Welt in Taipeh (508m) hat in seiner Spitze ein gedämpftes 600-Tonnen-Pendel (Abb. 2.16), das starke Gebäudeschwingungen durch Erdbeben verhindern soll. Abb. 2.14: Die Dämpfung für Zug und Druck kann unterschiedlich sein, wenn das Öl durch ein anderes Ventil strömt. Den Stoßdämpfer und die Feder zusammen nennt man Federbein . Abb. 2.15: Die Millenium-Brücke in London Abb. 2.16: Der „Taipeh 101“ war 2003 das höchste Gebäude der Welt. Zwischen dem 88. und 92. Stock befindet sich ein gedämpftes Pendel. Info: Schwingkreis Zusammenfassung Unter Schwingungsdämpfung versteht man, dass ein Teil der Schwingungsenergie in Wärme umgewandelt wird. Dadurch verkleinert sich die Schwingungsamplitude. Dieses Prinzip gilt allgemein, egal ob es sich um ein Auto, eine Brücke oder einen elektrischen Schwingkreis handelt. Schwingkreis Mit einem sogenannten Schwingkreis kann man elektroma- gnetische Schwingungen erzeugen (siehe auch Kapitel 7.3, S. 70). Mit Hilfe dieser Schwingungen funktioniert zum Beispiel die Informationsübertragung bei Handy, Radio oder Fernsehen. Ein Schwingkreis besteht im Prinzip nur aus einer Spule und einem Kondensator. Die Stromstärke in die- sem Stromkreis schwingt harmonisch. Ein Schwingkreis ist somit das elektromagnetische Gegenstück zur mechani- schen Schwingung einer Feder (Abb. 2.17). Eine ungedämpfte Schwingung gibt es in der Realität aber nicht. Genauso wie die Schwingungsamplitude eines Feder- pendels mit der Zeit abnimmt, nimmt auch die Stromstärke im Schwingkreis mit der Zeit ab. Für die Wärmeerzeugung ist in diesem Fall der elektrische Widerstand (auch Ohm’- scher Widerstand genannt) verantwortlich. i Abb. 2.17: Gegenüberstellung zwischen mechanischer und elektromag- netischer Schwingung : oben der ideale Fall einer Schwingung ohne Wärmeverluste, unten der reale Fall mit Wärmeverlusten Z Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv