2. Mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Wellen ...

2. Mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Wellen
2.1. Mechanische Schwingungen
2.1.1. Entstehung und Merkmale mechanischer Schwingungen
SCHWINGUNGEN haben folgende Gemeinsamkeiten:
1. Schwingende Körper (Schwinger oder
Oszillatoren) bewegen sich zwischen zwei
Punkten hin und her.
2. Die Bewegung wiederholt sich ständig, sie ist
periodisch. Eine vollständige Hin- und
Herbewegung wird als PERIODE bezeichnet.
3. Die Bewegung erfolgt um die
Gleichgewichtslage des Körpers.
LUP
RUP
GL
linker Umkehrpunkt
rechter Umkehrpunkt
Gleichgewichtslage
LUP GL RUP
4Eine MECHANISCHE SCHWINGUNG ist eine zeitlich periodische Bewegung eines
Körpers um seine Gleichgewichtslage.
Der Abstand eines Körpers von seiner
Gleichgewichtslage ist die AUSLENKUNG oder
ELONGATION y.
Die maximale Auslenkung ist die AMPLITUDE y max.
Die Zeit, die der Körper für eine Schwingung (für eine
Periode) benötigt, wird als PERIODENDAUER oder
SCHWINGUNGSDAUER T bezeichnet.
GL y y max
Es gilt folgende Beziehung:
Die Häufigkeiten der Schwingungen pro Sekunde
wird durch die physikalische Größe FREQUENZ f
erfasst. Die Einheit der Frequenz ist 1/s oder 1 Hertz
(1Hz).
f = 1 / T
Unter welchen Bedingungen entstehen mechanische Schwingungen?

Ein Fadenpendel wird ausgelenkt.
F
Beobachtung: Es tritt eine zur
Gleichgewichtslage rücktreibende Kraft
auf. Je größer die Auslenkung y, desto
größer der Betrag rücktreibenden Kraft
0
y
Schlussfolgerung: Eine Ursache für das
Entstehen von mechanischen
Schwingungen ist die zur
Gleichgewichtslage rücktreibende Kraft.
Die rücktreibende Kraft hat ihre Ursache in der
Gewichtskraft des Schwingers. Für kleine Auslenkungen ist
diese Kraft linear abhängig von der Auslenkung. Es ist
(k … Federkonstante)
F = k · y
0
y
Hat der Körper seine Gleichgewichtslage erreicht, wirkt
keine Kraft auf ihn ein. Wir wissen: Ein Körper verharrt
in seinem Bewegungszustand, solange keine Kraft auf
ihn einwirkt.
Schlussfolgerung: Die zweite Ursache für das Entstehen
mechanischer Schwingungen ist die Trägheit des
schwingenden Körpers.
4Mechanische Schwingungen werden durch eine zur Gleichgewichtslage rücktreibende
Kraft und die Trägheit des schwingenden Körpers verursacht.