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Versuche

Gekoppelte Pendel

Aufbau

Der Winkelaufnehmer wird mit einer Muffe befestigt. Das Stangenpendel mit den beiden Permanentmagneten wird in der V-förmigen Nut der vom Winkelaufnehmer herausragenden Stange gelagert. In der Stange des Winkelaufnehmers befindet sich eine magnetfeldempfindliche Sonde.
Versorgt man den Winkelaufnehmer mit der nötigen Versorgungsspannung von 12 - 16 V~. Das zweite Kabel des Winkelaufnehmers führt man zu einem Messgerät beziehungsweise t-y-Schreiber. In ca. 30 - 40 cm Entfernung wird analog ein zweites gleichartiges Pendel gelagert.

Durchführung
Man koppelt zunächst die Pendel nicht und zeigt, dass das Messgerät eine Spannung anzeigt, die proportional zur Auslenkung des Pendels ist (die Nullpunkteinstellung der Spannung erfolgt durch leichtes Drehen des Winkelaufnehmers). Schließlich koppelt man beide Pendel durch die Schraubenfeder. Hält man zunächst das linke Pendel fest und lenkt das rechte Pendel aus und lässt dann beide Pendel los.

 

 

Beobachtung

  • Es tritt eine stark ausgeprägte Schwebung auf, die als Überlagerung der beiden Eigenschwingungen des gekoppelten Systems verständlich ist.
  • Die Energie pendelt periodisch zwischen dem linken und dem rechten Pendel hin und her.
  • Beim Nulldurchgang der Schwebungsamplitude erfolgt ein Phasensprung von π (t-y-Diagramm siehe unten).

 

 


 

Weitere Versuchanordnungen zu gekoppelten Pendeln

 

 

Hinweise: Versuchsaufbau und Bilder von H.Chmela und R.Smetana

Werden zwei unterschiedlich schwere Pendel verwendetso kann das schwere viel Energie aufnehmen und muss diese vollständig an ein kleines, leichtes Pendel abgeben. Dieses kann die großen Energiemengen nur aufnehmen, indem es seine Amplitude vergrößert.
Es erfolgt also eine Transformation der Amplitude.

Wie dies geschieht kann man auf dem Video von H.Chmela und R.Smetana sehen.
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In diesem Video ist im Zeitraffer (5-fache Geschwindigkeit) der Ausgleichsvorgang mit zwei unterschiedlich schweren Pendel zu sehen. Zu Beginn ist alle Energie auf dem großen Pendel. Es schwingt mit relativ kleiner Amplitude. Am Ende ist das große zur Ruhe gekommen, alle Energie ist auf das kleine Pendel übertragen, so dass es jetzt mit viel größerer Amplitude schwingt.

Die Art der Kopplung ist für den Ausgleich ganz wesentlich. Um da etwas Klarheit zu schaffen, haben H.Chmela und R.Smetana den gleichen Versuch mit einer starren Welle aufgebaut. Als Kopplung zwischen den Pendeln dient nur die Reibung von zwei Lagern mit Dichtringen. Das Ergebnis dieses Versuches ist so, wie es die Wärmelehre vorschreibt. Wird ein Pendel angestoßen, so nimmt es das zweite langsam mit, bis sie sich schließlich parallel mit halber Amplitude bewegen. Dann gibt es keine Reibung mehr zwischen den beiden Lagern und sie schwingen in dieser Lage aus. Die Energie des einen Pendels teilt sich also gleichmäßig auf beide auf und das kann in diesem System auch nicht mehr rückgängig gemacht werden.