Big Bang Physik 6, Schulbuch

3x96ap 26  RG 6.1, G 6.2 Schwingungen Grundlagen der Schwingungen 18  Unter einer Schwingung versteht man einfach gesagt, dass sich etwas pausenlos um einen Ruhepunkt hin und her bewegt. Alles schwingt, jedes einzelne Atom und Molekül in deinem Körper, im Tisch, im Sessel und in diesem Buch. Du merkst bloß in den meisten Fällen nichts davon. Der gesamte Boden, auf dem du stehst oder sitzt, schwingt unentwegt in der Größe von Tausendstel Millimetern. Luftmoleküle schwingen und übertragen dadurch den Schall, der wiederum dein Trommelfell zum Schwingen bringt. Elektromagnetische Wellen schwingen und übertragen Telefonate, Fernseh- und Radioprogramme. Und auch in deiner Uhr schwingt entweder ein Quarz oder eine Unruh. In diesem Kapitel geht es um wichtige Grundlagen und Grundbegriffe zum Thema Schwingungen, von denen wir viele für das Verständnis von Wellen (Kapitel 19) noch brauchen werden. 18.1 Schaukeln am Mond Das Fadenpendel Angeblich machte GALILEO GALILEI in der Kathedrale von Pisa eine sehr bedeutende Entdeckung, die in weiterer Folge für die Zeitmessung eine wichtige Rolle spielte: Er entdeckte das Pendel als exakten Zeitmesser.  Experiment: Fadenpendel Im Alter von 19 Jahren, also 1583 , beobachtete GALILEO GALILEI in der Kathedrale von Pisa angeblich die schwin- genden Kronleuchter (Abb. 18.3) und bemerkte, dass die Schwingungsdauer unabhängig von der Schwingungsweite ist. Wozu ist ein Pendel in der Pendeluhr? Hat es eine Aufgabe oder soll es nur nett aussehen? Warum ist bei fast allen Uhren das Pendel 25 cm oder 1m lang? Kinderschaukel: Hat deine Masse einen Einfluss auf die Schaukelgeschwindigkeit? Wie verändert sich die Geschwindigkeit, wenn du im Stehen schaukelst? Was passiert mit der Schaukelgeschwindigkeit, wenn du am Mond schaukelst? L Geht eine Pendeluhr, die in Europa gebaut, aber dann am Äquator, am Pol oder am Mond aufgestellt wird, immer noch genau? Versuche zu begründen! Kleine Kinder machen viel schnellere Schritte als Erwachsene. Woher kommt das? Was versteht man unter der Drehmasse bzw. dem Trägheitsmoment? Lies nach in Kap. 17.2, S. 13! F1 E2 F2 S2  Abb. 18.1:  Wie wäre Schaukeln am Mond? F3 E2 F4 S2 F5 W1 Er unternahm daraufhin eine Reihe von Messungen an Pen- deln, um diese Beobachtung auch wissenschaftlich belegen zu können. Dabei entdeckte er, dass die Schwingungsdauer Fadenpendel Bau dir ein einfaches Pendel aus einem dünnen Faden und einem daran hängenden Gewicht (Abb. 18.2). So etwas nennt man ein Fadenpendel . Führe nun folgende 3 Versuche durch und trage alle Werte in eine Tabelle ein. 1) Stoppe für 5 verschiedene Pendellängen die Zeitdauer für je 10 Schwingungen, also für 10 Hin- und Herbewegungen . Lass die anderen Werte (Masse und Auslenkung α ) gleich. Die Pendellänge misst du vom Aufhängepunkt bis zum Körperschwerpunkt (KSP) des Gewichts (siehe Abb. 18.2). Zeichne deine beobachteten Werte in ein Diagramm. Um welchen Faktor muss man die Pendellänge vergrößern, damit sich die Pendelzeit verdoppelt? 2) Stoppe die Zeitdauer für 10 Schwingungen für 5 unter- schiedliche Startwinkel ( α etwa 5 bis 90°). Verändert sich dabei die Schwingungsdauer? 3) Stoppe die Zeitdauer für 10 Schwingungen für 5 unter- schiedliche Massen . Verändert sich dabei die Schwingungs- dauer? Bedenke, dass die Pendellänge vom Aufhängepunkt bis zum KSP gemessen wird und du vielleicht die Faden- länge beim Ändern der Gewichte ebenfalls etwas ändern musst. Fasse nun zusammen, wovon deiner Meinung nach die Schwingugnsdauer abhängt. Versuche nun ein Pendel zu bauen, mit dem man eine Sekunde möglichst genau messen kann. e Abb. 18.2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv