Physik-LK · Skript 1 · Schwingungen
Federpendel
Ein Körper hängt an einer Schraubenfeder. Ausgelenkt und losgelassen schwingt er harmonisch mit der Periodendauer T = 2π · √mD. Mit der statischen Dehnung bestimmt man D nach dem Hookeschen Gesetz, mit der Periodendauer ein zweites Mal.
So gehst du vor
- 1Wähle eine Feder und mit dem Regler eine Masse.
- 2Lies bei ruhendem Körper den Maßstab ab und tippe „Dehnung und m in Tabelle A“.
- 3Tippe „Auslenken“, dann „Loslassen“. Nach zwei Durchgängen zeigt die Lichtschranke die Periodendauer T.
- 4Tippe „m und T (Lichtschranke) in Tabelle B“ oder stoppe selbst zehn Perioden.
- 5Wiederhole Schritt 2 bis 4 für mindestens fünf Massen. Erst dann „Ausgleichsgerade und Auswertung zeigen“.
- 6Dämpfung: „Dämpfung zuschalten“, δ wählen, auslenken, loslassen und nach einigen Schwingungen „Umkehrpunkte in Tabelle C“.
Lichtschranke: T
–,––– s
Maßstab: Unterkante
38,6 cm
Die Lichtschranke misst die Zeit zwischen zwei Durchgängen in derselben Richtung. Den Maßstab liest man nur bei ruhendem Körper ab; die Dehnung ist der Unterschied zur Ablesung ohne Körper (12,0 cm bei dieser Aufhängung).
Masse m
200 gFeder
Amplitude x
4,0 cmZeit für 10 Perioden stoppen
Stoppuhr
0,00 s
A Hookesches Gesetz: D aus der Dehnung
Im Diagramm: Gewichtskraft FG = m · g über der Dehnung. Die Steigung ist D.
| Nr. | Dehnung Δl0 in cm | Masse m in g |
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B Periodendauer: T² über m
Im Diagramm: T² über m. Aus T² = 4π²D · m folgt D aus der Steigung.
| Nr. | Masse m in g | Periodendauer T in s |
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C Gedämpfte Schwingung: Abklingkoeffizient δ
Dämpfung zuschalten, loslassen, Umkehrpunkte übernehmen. Im Diagramm ln(x) über t (x in cm eingesetzt): eine Gerade mit der Steigung −δ.
| Nr. | Zeit t in s | Ausschlag x in cm |
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Aufträge
- Weiche Feder: Hänge nacheinander 100 g bis 500 g an und lies jeweils den Maßstab ab. Bestimme D aus Tabelle A.
- Stoppe für 200 g zehn Perioden mit der Stoppuhr und vergleiche mit der Lichtschranke. Warum stoppt man zehn Perioden und nicht eine?
- Miss T für fünf Massen und bestimme D aus Tabelle B. Vergleiche mit a). Warum geht die Gerade nicht genau durch den Ursprung?
- Ändere die Amplitude von 2 cm auf 8 cm. Was passiert mit T? Was sagt das über die Rückstellkraft?
- Bestimme die Federkonstante von Feder X auf beiden Wegen. Löse erst danach auf.
- Schalte die Dämpfung zu (δ = 0,30 s−1) und bestimme δ aus Tabelle C. Ändert sich die Periodendauer merklich? Erhöhe δ, bis der Körper nicht mehr schwingt (Kriechfall), und vergleiche mit ω0 = √(Dm).
Theorie: Schwingungs-Skript, Abschnitte „Die lineare Rückstellkraft“ und „Das senkrechte Federpendel“.