Big Bang HTL 3, Schulbuch

Schwingungen – Vertiefung 2 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) 17 Die praktische Umsetzung dieses Sachverhaltes hast du bei einem Stoßdämpfertest . Dabei wird ein Auto auf eine Vor- richtung gestellt, mit der man Schwingungen erzeugen kann (Abb. 2.22). Dann wird das Auto bei verschiedenen Frequenzen zum Schwingen gebracht und die Amplitude gemessen. Selbst bei der Resonanzfrequenz darf das Auto nicht allzu stark schwingen. Sonst sind die Stoßdämpfer im Eimer und müssen gewechselt werden (Abb. 2.23). Auch Flüssigkeiten und Gase können schwingen und somit auch in Resonanz kommen. Die Luftsäule in einer Flasche hat zum Beispiel eine ganz bestimmte Eigenfrequenz, die von ihrer Länge abhängt. Leer erzeugt die Flasche den tiefs- ten Ton (siehe auch Kap. 3.2, S. 27). Wenn du über die Fla- sche bläst, dann erzeugst du alle möglichen Frequenzen, aber die Eigenfrequenz der Flasche wird am meisten ver- stärkt. Deshalb hat man immer den Eindruck einer be- stimmten Tonhöhe ( F13 ). Für das freudvolle Singen in der Badewanne gibt es zwei Gründe: Reflexion und Resonanz ( F14 ). Erstens wird der Schall zwischen den nahen Wänden viele Male reflektiert und verpufft nicht sofort, wie in einem großen Raum. Dazu kommt noch der Resonanzeffekt der schwingenden Luft, der die Stimme verstärkt, ähnlich wie bei der Flasche. Info: Gezeitenweltrekord Info: Blick in den Körper -> S. 18 Um eine Schwingung am Schwingen zu halten, brauchst du eine Energiequelle . Manchmal sind diese Energiequellen und das schwingende Objekt direkt miteinander verbunden. Die Schwingung steuert sich dann praktisch von selbst. Das nennt man in der Technik eine Rückkopplung . Das ältes- te Beispiele für eine Rückkopplung ist die Pendeluhr (siehe Abb. 11.5, NAWI 1). Das Pendel bzw. der Anker steuern dabei selbst die Energiezufuhr und diese erfolgt zwangsläufig im Abb. 2.22: Jeder Stoßdämpfer kann auf dieser Vorrichtung einzeln getestet werden – in diesem Bild ist es zum Beispiel der rechte. Abb. 2.23: Prüfdiagramm für Stoßdämpfer: Rechts hinten ist alles ok, der rechte vordere Stoßdämpfer schwingt aber bei der Resonanzfrequenz zu stark und muss daher ausgetauscht werden. richtigen Rhythmus. Dadurch erhält man eine ungedämpfte Schwingung – zumindest bis zum nächsten Aufziehen. Auch alle Streichinstrumente und die Autohupe funktio- nieren nach dem Prinzip der Rückkopplung. Info: Tüüüt -> S. 18 Aus dem Alltag ist dir auch eine unangenehme Form der Rückkopplung bekannt: das Pfeifen, das entsteht, wenn man mit dem Mikro zu nahe an den Lautsprecher kommt ( F18 ). Aber was passiert da eigentlich? Das Mikrofon fängt die Schallschwingungen ein und diese werden ver- stärkt über den Lautsprecher ausgegeben. Natürlich „hört“ das Mikrofon auch diese Schwingungen, verstärkt sie erneut und so weiter. Der Ton würde dadurch eigentlich unendlich laut werden. Gott sei Dank schafft das kein Lautsprecher – wenn es ihm zu viel wird, übersteuert er und beginnt zu pfeifen. Der legendäre J IMI H ENDRIX war übrigens der erste Musiker, der die Rückkopplung seiner E-Gitarre absichtlich zum Musikmachen eingesetzt hat. Gezeitenweltrekord Auch eine Flüssigkeit kann schwingen und hat daher eine Resonanzfrequenz. Wenn deine Schrittfrequenz gerade zu- fällig diese Resonanzfrequenz trifft, dann kann sich die Wasseroberfläche aufschaukeln , und die Suppe oder der Kaffee schwappen über ( F11 ). Du kannst das durch Än- dern deiner Schrittfrequenz verhindern. Die Resonanzfre- quenz einer Flüssigkeit hängt vom „Behälter“ ab. Das kann ein Teller, aber auch eine ganze Bucht sein. Je kleiner der „Behälter“ ist, desto größer ist die Resonanzfrequenz. Der Unterschied zwischen Ebbe und Flut am freien Ozean beträgt nur etwa einen halben Meter. In der Bay of Fundy in Kanada kann er an manchen Tagen aber 17 Meter betra- gen. Das ist Weltrekord! Der Grund dafür ist, dass sich die Bucht zum Ozean wie ein Teller zur Suppe verhält. Weil die Bucht so groß ist, beträgt die natürliche Schwingungsperio- de 13 Stunden. Das entspricht aber beinahe der Zeit zwi- schen zwei Fluten (12,5 Stunden). Die hohe Flut ist also auf ein Resonanzphänomen zurückzuführen ( F12 ). i Abb. 2.24: Maximaler Unterschied zwischen Ebbe und Flut an verschiedenen Stellen in der Bay of Fundy Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv