Big Bang HTL 3, Schulbuch

Schwingungen – Vertiefung 2 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) 19 aber sehr hohe Häuser sind generell bei Beben kaum ge- fährdet, weil ihre Eigenfrequenz sehr niedrig ist, also weit unter der Frequenz von Erdbebenwellen liegt. Info: CLIL – Galloping Gertie Zusammenfassung Jedes Objekt hat eine natürliche Schwingungsfrequenz, die man auch Resonanzfrequenz nennt. Regt man das Objekt mit genau dieser Frequenz an, dann gerät es in Resonanz, also es schwingt besonders heftig. Durch Rückkopplung kann man diesen Effekt ausnutzen, um eine Schwingung aufrecht zu erhalten. Manchmal schaukeln sich Schwin- gungen aber zu stark auf. Das nennt man eine Resonanz- katastrophe. Z 2.4 Lärm + Anti-Lärm = Stille Einfache Überlagerungen von Schwingungen Schwingungen treten so gut wie nie in Reinform auf, son- dern immer in Überlagerungen. Wir sehen uns in diesem Abschnitt einfache Fälle davon an. Sehen wir uns zunächst an, was passiert, wenn man zwei Schwingungen mit gleicher Frequenz überlagert. Wenn die- se zur selben Zeit den Nulldurchgang haben, dann sagt man, sie schwingen in Phase (Abb. 2.30 a). Wenn das nicht der Fall ist, dann spricht man von einer Phasenverschie- bung (Abb. 2.30 c–d). Man kann diese als Zeit angeben oder als Winkel. Bedenke den Zusammenhang zwischen einer harmonischen Schwingung und einer Kreisbewegung (siehe S. 13). Eine Phasenverschiebung von π entspricht zum Beispiel einer Verschiebung um eine halbe Schwingungs- periode (d). Die Überlagerung von zwei harmonischen Schwingungen mit gleicher Frequenz gibt in Summe wieder eine harmoni- sche Schwingung. Es gibt zwei Spezialfälle: Wenn beide Schwingungen in Phase sind, also genau gleich, dann ist die Amplitude der Gesamtschwingung maximal (a). Das nennt man eine konstruktive Interferenz (konstruktiv heißt aufbauend). Wenn die Schwingungen genau gegengleich sind, dann lö- schen sie einander aus (d). Das nennt man eine destruktive Interferenz (destruktiv heißt wörtlich „zerstörend“). Bei jeder beliebigen anderen Phasenverschiebung liegt die Ge- samtamplitude irgendwo dazwischen (b und c). Verstärkung und Auslöschung von Schwingungen sind wichtige Phäno- mene in der Physik und werden dir noch öfters begegnen ( F21 ). Info: Anti-Lärm-Kopfhörer -> S. 20 Wie kann es sein, dass man Lärm mit Gegenlärm bekämpft und auf einmal Stille eintritt? Müsste es dann nicht noch lauter sein? Wie kommt es zu den netten, schillernden Farb- erscheinungen, wenn Öl auf Wasser schwimmt? Zwei Töne hört man nicht immer als zwei Töne! Was hört man, wenn die Frequenz der beiden Töne sehr knapp aneinander liegt? Vielleicht hast du am Meer einmal bemerkt, dass die Flut zu Vollmond und Neumond immer am stärksten ist. Woran könnte das liegen? Hexen und Zauberer schneiden angeblich Kräuter bei Vollmond, weil sie dann besser wirken sollen. Könnten der Mond eine physikalische Begründung liefern? L F20 A2 F21 A2 F22 A2 F23 A2 F24 A2 CLIL – Galloping Gertie One of the best known examples of a resonance disaster is the 1940 collapse of the Tacoma Narrows Bridge in USA. This faulty suspension bridge construction had already been popularly called ‘Galloping Gertie’ because it was prone to uncontrolled vibrations. Four months after its opening, the centre part began to oscillate violently in a wind speed of 60 km/h. First, there were vertical oscillations of about 0.6 Hz and an amplitude of 0.5m. But then a rotary oscillation with a frequency of 0.2Hz began. Unbelievably, the right walkway was at times over 8m higher than the left and vice versa (see Fig. 2.29)! This vibration caused the bridge to collapse . One conse- quence of this was that all subsequent suspension bridges were tested as models in a wind tunnel before construction. Recent investigations have shown that besides the reso- nance disaster, other causes must also have played a role. Exercise: Can marching in lock-steps cause to collapse a bridge? i Fig. 2.29: On the left you can see the severe distortion, on the right the galloping Gertie collapses. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv