Schwingungen und Wellen Elemente
Akustisches Rohr
Material
- Rohr mit variabler Länge
- Lautsprecher
- Frequenzgenerator
- Verstärker (AC/DC, Ley 52261)
Beschreibung
Das Rohr wird mit einer Frequenz von 1 kHz beschallt. Durch Variation der Länge wird der Ton lauter und leiser. Die Messung der Maxima kann zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit herangezogen werden.
Chaotisches Pendel
Material
- Chaotisches Pendel
- Stativmaterial
Beschreibung
Ein chaotisches Pendel führt eine nicht vorhersagbare Bewegung aus.
Chladnische Klangfiguren
Material
- 2 Klangplatten
- Streichbogen
- trockener Sand
- Kolophonium
- Stativmaterial
Beschreibung
Zur Demonstration der Eigenschwingungsformen von Platten, sichtbar gemacht durch Chladnische Klangfiguren. Die Schwingungsanregung erfolgt mittels Streichbogen. Durch Bestreuen mit feinem, trockenem Sand lassen sich die Schwingungsformen sehr anschaulich zeigen. Der Sand sammelt sich in den Schwingungsknoten.
Dopplereffekt
Material
- Signalgeber mit Piezolautsprecher
- Schnur
Beschreibung
Der Signalgeber wird mit der Schnur wie ein Lasso geschwungen. Die Erhöhung und Erniedrigung seiner Frequenz können sehr gut wahrgenommen werden.
Erzwungene Schwingungen
Material
- Experimentiermotor
- Exzenterscheibe mit Markierungsscheibe und Magnet-Spiralfeder
- Gegengewicht 100 g mit Magnet für Motorgleichlauf
- Schnur mit Umlenkrolle
- Stativmaterial
- Variante 1: Masse 200 g
- Variante 2: Ball als schwingende Masse
Beschreibung
Variante 1:
Der Federschwinger kann mit verschiedenen Frequenzen angeregt werden (Resonanzfrequenz ca. 0,7 Hz, 44 UpM). Dabei können die Phasenlagen der Erregerfrequenz (Scheibenmarkierung) und des Federschwingers (Massestück) sowie die Amplitude des Federschwingers beobachtet werden. Die Einschwingzeit beträgt ca.15 min.
Variante 2:
Als schwingende Masse wird ein Ball an die Feder gekoppelt. Wird das System mit der Resonanzfrequenz angeregt (ca. 45 UpM), wird die Schwingungsamplitude schnell so groß, dass der Ball aus der Aufhängung springt.
Evaneszente Wellen
Material:
- Mikrowellennetzgerät (9,45 GHz)
- Mikrowellensender
- Mikrowellenempfänger
- Wechselspannungsverstärker (DC-Betrieb)
- Demomultimeter 100 mV
- Laborboy
- Plexiglasprismen
Beschreibung:
Mikrowellen werden in dem ersten Prisma an einer Seite totalreflektiert.
Bringt man das zweite Prisma in die Nähe der Reflektionsfläche, wird ein Teil der Mikrowellen nicht mehr reflektiert sondern transmittiert. Der reflektierte Strahl und der transmittierte Strahl werden mit den Mikrowellenempfängern gemessen.
Fadenpendel
Material
- Fadenpendel für 5 Fadenlängen
- Maßstab
- Stoppuhr
- Stativmaterial
Beschreibung
Zur Demonstration der Abhängigkeit der Schwingungsdauer von der Länge des Fadenpendels.
Fadenpendel (verschiedene)
Material
- 3 Fadenpendel
- Stativmaterial
Beschreibung
3 Fadenpendel, davon 2 mit gleicher Fadenlänge und 2 mit gleicher Pendelmasse. Die Schwingungsdauer hängt nur von der Pendellänge ab.
Federpendel
Material
- 3 Federn
- mehrere Massen
- Maßstab
- Stoppuhr
- Stativmaterial
Beschreibung
Zur Demonstration der Abhängigkeit der Schwingungsdauer von der angehängten Masse und der Federstärke.
Fouriersynthese
Material
- Oszilloskop
- Spannungsquelle U~ = 12 V
- Fourier-Gerät (NEVA)
- Kamera
- Laborkabel
Beschreibung
Es können elektrische periodische Schwingungen (220 Hz) in harmonische Schwingungen, mit den Frequenzen f, 2 f, 3 f, 4 f, 5 f, 7 f, zerlegt werden. Diese harmonischen Schwingungen können dann im Gerät wieder gemischt werden. Alle Schwingungen können mit einem Oszilloskop dargestellt werden.
Fouriersynthese optisch
Material
- optische Bank, Reiter
- Halogenlampe mit Trafo
- Oszilloskop
- Konstanter 2*20 V
- drehbarer Spalt
- 2 Konvexlinsen +100 mm, +150 mm (groß)
- Drehlager (Phywe)
- 4 Frequenzscheiben
- Motor 12 V mit Antriebsriemen (Gummiband)
- Fototransistor
- Stativmaterial
Beschreibung
Die rotierenden Frequenzscheiben werden mit einem schmalen Lichtbündel (Abbildung des Spaltes) durchleuchtet und die Lichtschwankungen mittels eines Fototransistors (Abbildung der Glühwendel) auf dem Oszilloskop dargestellt. Je nach Amplituden- und Frequenzverhältnis wird eine überlagerte Schwingung dargestellt (Rechteck, Sägezahn, Frequenzverhältnis 1:2 und Frequenzverhältnis 3:4:5 bei gleicher Amplitude).
Gedämpfte Schwingung
Material
- Federpendel mit 2 Dämpfungsscheiben
- Becherglas
- Wasser
- Stativmaterial
Beschreibung
Zur Demonstration von gedämpften Schwingungen.
Ohne Dämpfungsscheibe : kleine Dämpfung
Kleine Dämpfungsscheibe: hohe Dämpfung
Große Dämpfungsscheibe: aperiodischer Grenzfall
Gekoppelte Pendel
Material
- 5 Stabpendel
- 4 weiche Spiralfedern
- Stativmaterial
Beschreibung
Mit den bis zu 5 Stabpendeln lassen sich gleich- und gegensinnige Bewegung sowie der Energieaustausch zwischen den Pendeln demonstrieren.
Gläser "zersingen"
Material
- Glas (mit bekannter Eigenfrequenz, Fourieranalyse)
- dünnes Glasrohr
- Frequenzgenerator (3b Scientific FG 100)
- Verstärker (AC/DC, Ley 52261)
- Netzteil (Konstanter 30 V / 0,8 A)
- Holzkiste mit Deckel
- Druckkammerlautsprecher
- Ohrschützer
Beschreibung
Das Glas wird mit seiner Eigenfrequenz in ausreichender Lautstärke beschallt. Bei richtiger Einstellung von Frequenz und Lautstärke beginnt das Glas zu schwingen und zerspringt anschließend.
Kundtsches Rohr
Material
- Sinusgenerator
- Lautsprecher
- Glasrohr
- Korkmehl
- Stativmaterial
Beschreibung
Das Kundtsche Rohr dient dazu, die Verteilung von Schwingungsknoten und -bäuchen einer stehenden Schallwelle mit Hilfe von Korkmehl sichtbar zu machen.
Lissajousfiguren
Material
- 2 Frequenzgeneratoren
- Oszilloskop
- Videokamera
- 2 BNC-Kabel
Beschreibung
Die Form der Figuren erlaubt Rückschlüsse auf Frequenz und Phasenlage der beiden Sinusspannungen. Bei gleicher Frequenz kann man an der elliptischen Figur die Phasendifferenz ablesen.
Resonanzpendel
Material
- 3 Resonanzpendel (Holz)
- 1 Anregungspendel (Messing)
- Stativmaterial
Beschreibung
Die Länge des Anregungspendels ist auf die drei Längen der Resonanzpendel einstellbar. Die Schwingung des Anregungspendels wird nur auf das gleichlange Resonanzpendel übertragen.
Schwebung
Material
- 2 Stimmgabeln (440 Hz)
- Anschlaghammer
- Abstimmgewicht
- Mikrofon mit Stativfuß
- Oszilloskop
- Kamera
Beschreibung
Die Frequenz einer Stimmgabel wird mit dem Abstimmgewicht leicht verändert. Je nach Frequenzunterschied der Stimmgabeln hört man verschieden schnelle Schwebungen. Mit Mikrofon und Oszilloskop können die Signale sichtbar gemacht werden.
Seilwellen
Material
- 2 Gummiseile
- große Spiralfeder
Beschreibung
Zur Beobachtung von stehenden Wellen:
Durch Veränderung der Spannung des Gummiseiles lässt sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit ändern. Mit dem 2-fach Gummiseil (2 verschiedene Ausbreitungsgeschwindigkeiten) lässt sich die Änderung der Wellenlänge demonstrieren.
Synchronisation von Metronomen
Material
- 12 Metronome
- 1 Brett (200 x 14) cm
- 2 Glasrohre, d = 3,5 cm
- 2 Tischklemmen
Beschreibung
12 Metronome werden versetzt auf der Holzplatte positioniert. Bei einer Taktzahl von 200 Schlägen pro Minute sychronisieren sie sich durch Kopplung in ca. 1 Minute.
Tonwellen
Material
- verschiedene Orgelpfeifen
- Lippenpfeife
Beschreibung
Zur Untersuchung der Tonhöhe in Abhängigkeit der Länge des Resonanzraumes. Geschlossene Holzpfeife mit quadratischem Querschnitt und verschiebbarem Stempel.
Torsionspendel
Material
- Torsionspendel
Beschreibung
Das Trägheitsmoment kann durch Verschieben der beiden Massen verändert werden. Die Schwingungsdauer ist abhängig vom Trägheitsmoment.
Wellenwanne, Beugung am Doppelspalt
Material
- Wellenwanne mit Versorgungsgerät, Ley 401 50
- Erreger für ebene Wellen
- 3 Blenden aus Plexiglas
- Becherglas
- Spülmittel
- dest. Wasser
Beschreibung
Die ebene Wasserwellenfront wird durch Luftdruckschwankungen im Wellenerreger erzeugt. Trifft diese Welle auf eine Doppelspaltblende, lässt sich dahinter die die Überlagerung und Interferenz zweier Kreiswellen beobachten.
Wellenwanne, Doppler-Effekt
Material
- Wellenwanne mit Versorgungsgerät, Ley 401 50
- Einfach-Erreger für Kreiswellen
- Fahrbahn mit Wagen als Verschiebeeinheit
- Spülmittel
- dest. Wasser
Beschreibung
Der Einfach-Erreger für Kreiswellen wird auf einem Fahrbahnwagen montiert, sodass dieser parallel zur Wellenwanne verfahren werden kann.
Dadurch lassen sich vor dem bewegten Erreger kürzere und hinter diesem längere Wellen aufgrund des Doppler-Effekts beobachten.
Wellenwanne, huygenssches Prinzip
Material
- Wellenwanne mit Versorgungsgerät, Ley 401 50
- Erreger für ebene Wellen
- 2 Blenden aus Plexiglas
- Becherglas
- Spülmittel
- dest. Wasser
Beschreibung
Die ebene Wasserwellenfront wird durch Luftdruckschwankungen im Wellenerreger erzeugt. Trifft diese Welle auf ein Hindernis (Spalt) lässt sich die Entstehung einer neuen Elementarwelle beobachten.
Wilberforce Pendel
Material
- Wilberforce Pendel
- Dreibeinstativ auf Tisch
- Stativmaterial
Beschreibung
Bei geeigneter Abstimmung des Trägheitsmomentes des Metallzylinders haben beide Schwingungen die gleiche Schwingungsdauer. Ist dies der Fall, kann die Kopplung zwischen Torsions- und Longitudinalschwingung mit dem Federpendel nach Wilberforce sehr eindrucksvoll gezeigt werden.