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Aufgabe

Gekoppelte Pendel

Schwierigkeitsgrad: leichte Aufgabe

An einen Drahtseil sind zwei gleichartige Pendel aufgehängt. Jedes ist für sich an der Aufhängung kugelgelagert. Sie sind nur über die Bewegung des Seiles miteinander gekoppelt. Eines der Pendel wird angestoßen.

Erläutere, was im Lauf der Zeit geschieht.

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Wird eines von den beiden Pendeln angestoßen, so ist nach einiger Zeit das andere Pendel in Bewegung, während das ursprünglich bewegte vollständig zur Ruhe gekommen ist. Dieser Vorgang wiederholt sich dann ständig. Es kommt immer abwechselnd ein Pendel zum Stillstand, also es wird immer einem Pendel die komplette Energie durch das andere entzogen.

Energetisch betrachtet ist das ein sehr unüblicher Vorgang in der Physik. Denke nur einmal an zwei Wasserbehälter, die in einem Raum aufgestellt werden. Wenn einer davon warmes Wasser enthält und der andere kaltes, so wird nach einiger Zeit der warme ausgekühlt sein. Der kalte wird sich aber nicht auf Kosten der Raumtemperatur, die ja jetzt angestiegen ist, wieder auf die Ausgangstemperatur des ersten erwärmen.

Dahinter steckt das Gesetz der Entropie, das besagt, dass es ohne Energieaufwand nicht möglich ist Energie von einem kalten zu einem warmen Körper zu transportieren.

Was in der Wärmetechnik also vorerst noch unmöglich ist, funktioniert in der Mechanik und Elektrotechnik sehr wohl. Aber auch dort ist es auch nicht selbstverständlich, dass ein Bauteil einem anderen die komplette Energie entzieht.

Das ist nur mit einer ganz bestimmten Kombinationen von Energiespeichern möglich. Denn es funktioniert nur mit zwei Schwingkreisen, die auf gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt und nur lose miteinander gekoppelt sind.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Mechanik

Kopplung von Schwingungen