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Die rücktreibende Kraft auf den schwingenden Körper ist entgegengesetzt gerichtet und betraglich proportional zur Auslenkung des Körpers aus der Ruhelage, kurz \({{ F}_{{\rm{rück}}}}(y) = - k \cdot y\). Wir sprechen dabei vom sogenannten linearen Kraftgesetz. Erfüllt eine Schwingung eine dieser beiden Bedingungen, so erfüllt sie stets auch die andere. Typische Beispiele Harmonische Schwingungen werden (zumindest bei kleinen Auslenkungen) von einem Federpendel, einem Feder-Schwere-Pendel oder einem Fadenpendel ausgeführt. Exaktere Überlegungen hierzu findest du in den entsprechenden Artikeln. Schwingungen - Freie, harmonische Schwingungen | Aufgabe mit Lösung. Bewegungsgesetze der Harmonischen Schwingung Der Einfachheit halber beschreibt man in der Schule meist eine harmonische Schwingung, die beim Phasenwinkel \(\varphi = 0\) startet. Dies bedeutet, dass sich der Körper zum Zeitpunkt \(t=0\) in der Ruhelage befindet bzw. seine Kreisbewegung beim Winkel \(\varphi = 0\) startet und sich in die mathematisch positive Richtung dreht (Gegenuhrzeigersinn) bewegt.
Oszillatoren, deren Weg-Zeit-Funktion einer Sinusfunktion entspricht, heißen harmonische Oszillatoren. Relevanz der harmonischen Schwingungsgleichung Nun stellt sich uns die Frage, was wir denn mit der Schwingungsgleichung anfangen können. Die Antwort hierauf ist, dass wir bei einer bekannten Schwingungsdauer oder Frequenz sowie für eine bekannte Amplitude die Auslenkung eines harmonischen Oszillators zu jedem Zeitpunkt t berechnen können. Je nachdem, welche der Größen, T oder f bekannt ist, wählen wir eine der drei o. g. Varianten der Schwingungsgleichung aus. Harmonische Schwingung - Übungsaufgaben - Abitur Physik. Anwendungsbeispiel für die harmonische Schwingungsgleichung Ein harmonischer Oszillator schwingt mit einer Schwingungsdauer von 1, 2 Sekunden. Die maximale Auslenkung beträgt 12 cm. Zum Zeitpunkt t = 0 s befindet sich der Oszillator in der Ruhelage auf dem Weg nach oben in positive y-Richtung. Frage: Wo befindet sich der Oszillator zu folgenden Zeitpunkten? t = 0, 6 s t = 1 s t = 1, 5 s Lösung: Gegeben sind folgende Werte: T = 1, 2 s ymax = 12 cm Wir setzen in die Schwingungsgleichung für harmonische Schwingungen die gegebenen Werte ein und berechnen so die jeweilige Auslenkung.
y(t) = ymax · sin( · t) (Achtung: Taschenrechner auf RAD einstellen! ) Für t = 0, 6 s ergibt sich: y(t) = 12 cm · sin( · 0, 6s) = 0 cm Der Sinusterm ergibt 0, also erhält man auch für die Auslenkung den Wert y = 0. Der Oszillator befindet sich also in der Ruhelage. Das ist auch logisch, denn die Zeit t = 0, 6 s entspricht genau der halben Schwingungsdauer. Für t = 1 s ergibt sich: y(t) = 12 cm · sin( · 1s) = -10, 39 cm Der Sinusterm ergibt nun den Wert -0, 866. Multipliziert mit der Amplitude von 12 cm erhält man für die Auslenkung den Wert y = -10, 39 cm. Der Oszillator befindet sich also bei y = -10, 39 cm, also 10, 39 cm unterhalb der Ruhelage, da in der Aufgabenstellung "oben" als positive y-Richtung vorgegeben war. Für t = 1, 5 s ergibt sich: y(t) = 12 cm · sin( · 1, 5s) = 12 cm Der Sinusterm ergibt den Wert 1. Die Auslenkung entspricht also der Amplitude: y = ymax. Harmonische schwingung aufgaben lösungen pdf. Der Oszillator befindet sich bei der maximalen Auslenkung 12 cm oberhalb der Ruhelage, also im oberen Umkehrpunkt. Hinweis: Die Auslenkung kann Werte zwischen ymax und -ymax annehmen.
B. ode45, angewiesen! Je nach Anregungsfrequenz und-amplitude, werden Ihre Ergebnisse unterschiedlich aussehen, bei einer Anregungsfrequenz \(\omega = \frac{\omega_0}{2}\) sollten Sie folgende Simulation erzeugen können: TIPP: Sie können axis() so verändern, dass positive y-Werte dargestellt werden können! Wählen Sie eine Dämpfungskonstante \(d = 0. 3~\frac{kg}{s}\) und simulieren Sie eine periodische Kraftanregung mit einer Amplitude \(A = 1\) und einer Anregungsfrequenz \(\omega = 0. 8\), alle anderen Werte wie in Aufgabe 1. Harmonische Schwingung - Alles zum Thema | StudySmarter. Nach welcher Zeit \(t\) wird der eingeschwungene Zustand erreicht? Wie groß ist die Amplitude dieser harmonischen Schwingung? Berechnen Sie die analytischen Lösung und vergleichen Ihre Ergebnisse.
): Experementieren Sie mit den Parametern herum: Verhält sich das Pendel immer ihrer Erwartung entsprechend? Welche Parameter müssen Sie wählen, um bei den oben genannten Anfangsbedingungen eine Periodendauer von 10 Sekunden zu erreichen? Aufgabe 2: Dämpfung ¶ Vergleicht man die bisherigen Ergebnisse mit realen Pendeln wird schnell ersichtlich, dass wir hier etwas realistischer modellieren könnten! In Aufgabe 1 wurde die zu lösende Differentialgleichung mit Hilfe des Energieerhaltungssatzes hergeleitet. Dabei sind wir von einem abgeschlossenen System ausgegangen, d. h. Harmonische schwingung aufgaben lösungen online. weder Masse noch eine andere Energieform kann über Systemgrenzen mit der Umwelt ausgetauscht werden. Dies entspricht natürlich nicht der Realität, insbesondere die Luftreibung entzieht unserem System kinetische Energie und wandelt diese in Wärme um. Die Geschwindigkeit des Pendels wird reduziert. Um diesen Effekt in unserem Modell zu berücksichtigen müssen wir unserer Differentialgleichung einen Dämpfungsterm hinzufügen.