Mechanik

Mechanische Schwingungen

Fadenpendel (Heimversuche)

  • Wovon hängt eigentlich die Schwingungsdauer eines Pendels ab?
  • Geht eine Standuhr auf dem Mond genau?
  • Wie misst man im Weltall die Masse der Astronauten?

Fadenpendel (Heimversuche)

Fadenpendel  

Versuchsziel
Untersuche, von welchen Größen die Periodendauer T (Zeit für das vollständige Hin- und Herschwingen) eines Fadenpendels abhängt.

Versuchsdurchführung:

  • Stelle ein geeignetes Fadenpendel her:
    • Pendelkörper schwer im Vergleich zum Faden;
    • Luftreibung des Pendelkörpers nicht zu hoch;
    • Wohldefinierter Aufhängepunkt des Pendels;

      Vorschlag:

      Leihe dir von der Mutter eine Garnrolle aus. Klebe an den Faden mit Tesa oder Leukoplast ein oder mehrere 50-Cent- oder 2-€-Stücke. Klemme den Faden in die meist vorhandene Kerbe am Rand der Garnrolle, um einen definierten Drehpunkt für das Pendel zu erhalten.
  • Probiere nun für verschiedene Pendel, wovon die Periodendauer des Pendels abhängt bzw. nicht abhängt.
  • Zur Feststellung der Periodendauer T ist es sinnvoll z.B. 10 oder 20 Vollschwingungen zu messen und daraus T zu berechnen (warum?).

Versuchsergebnis (qualitativ):
Formuliere die von Dir beobachtete Abhängigkeit der Schwingungsdauer in Form einer Je-Desto-Beziehungen und gib an, von welchen Größen die Schwingungsdauer unabhängig ist.

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Versuchsergebnis (quantitativ):
Untersuche die gefundene Abhängigkeit genauer. Erstelle dazu über mehrere Experimente eine Wertetabelle aus Werten der voneinander abhängigen Größen und fertige aus der Tabelle ein Diagramm!

Achte dabei auf die Einheiten!

         
         

Messung der rücktreibenden Kraft beim Fadenpendel  mit dem Smartphone

Dr. Michael Plomer bietet auf seiner Internetseite Materialien und Hinweise an, mit denen es möglich ist, im Schülerexperiment mit Hilfe eines Smartphones "die rücktreibende Kraft als Ursache der Pendelbewegung sowie deren Proportionalität innerhalb eines gewissen Bereichs als Kriterium für die Beschreibung als harmonische Schwingung zu begreifen. Dieser Ansatz basiert auf der eigentlichen Definition der harmonischen Schwingung, welche aufgrund von messtechnischen Schwierigkeiten für das Fadenpendel oft vernachlässigt und nur die Periodendauer im Experiment untersucht wird. Die Messung der rücktreibenden Kraft erfolgt dabei über die entsprechende Beschleunigung, welche mit einem Smartphone gemessen wird. Moderne Geräte besitzen Beschleunigungssensoren, deren Messdaten über verschiedene Programme als 3D Beschleunigungsvektoren ausgelesen werden können."

zu den Materialien

Wasserpendel

Material:
Joghurtbecher, Bindfäden, 2 Latten, Badewanne, Zeitung, Bohrer oder heißer Nagel

Versuchsziel:
Untersuchung des zeitlichen Verlaufs einer Pendelschwingung.

Versuchsvorbereitung:

1. Nimm einen Plastikjogurtbecher und bohre mit einem Bohrer oder mit einem über einer Kerzenflamme heiß gemachten dünnen Nagel oder einer Stricknadel drei Löcher hinein. Ein Loch in der Mitte des Bodens und zwei Löcher kurz unter dem oberen Rand direkt gegenüber.

2. Probiere aus, ob der Jogurtbecher, wenn er mit Wasser gefüllt wird, einen feinen kontinuierlichen Wasserstrahl von sich gibt. Ausflussloch eventuell verbessern.
3. Nimm etwas Bindfaden und zwei Latten und hänge den Jogurtbecher, wie in der Zeichnung zu sehen, in der Badewanne auf, so dass er quer zur Badewanne hin und her pendeln kann.

Versuchsdurchführung:

  • Fülle nun den Pappbecher mit Wasser und lass ihn pendeln. Lege eine alte Zeitung unter das Pendel.
Zeichne nebenstehend ein, welche Spur der Wasserstrahl auf der Zeitung hinterlässt.  
  • Trockne kurz die Badewanne aus. Fülle den Pappbecher erneut mit Wasser und lasse ihn pendeln. Nimm nun erneut eine alte Zeitung und zieh sieh langsam und gleichmäßig in Badewannenlängsrichtung unter dem pendelnden Wasserstrahl hindurch. Zeichne die Figur des Wasserstrahls, die sich auf der Zeitung ergeben hat möglichst genau ab. Was ändert sich, wenn du die Zeitung etwas schneller durchziehst?
Zeichne nebenstehend ein, welche Spur der Wasserstrahl auf der Zeitung hinterlässt.  


Versuchsergebnis (qualitativ):
Formuliere das Ergebnis deiner Beobachtungen in Worten (qualitatives Ergebnis).

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