Schwingungen
Unter einer Schwingung versteht man eine pausenlose Bewegung um einen Ruhepunkt.
Harmonische Schwingung
Abbildung: 1 - Harmonische Schwingung
- Ob eine Schwingung harmonisch ist, wird durch eine der beiden folgenden Bedingungen festgelegt:
A: Die Bewegung des schwingenden Körpers stimmt mit der Projektion einer gleichförmigen Kreisbewegung überein und kann deshalb durch eine Sinus- oder Kosinusfunktion beschrieben werden.
B: Die rücktreibende Kraft auf den schwingenden Körper ist entgegengesetzt gerichtet und betraglich proportional zur Auslenkung des Körpers aus der Ruhelage. Wir sprechen dabei vom sogenannten linearen Kraftgesetz.
Erfüllt eine Schwingung eine dieser beiden Bedingungen, so erfüllt sie immer auch die andere.
Gedämpfte Schwingung
Abbildung: 2 - Gedämpfte Schwingung
Bewegungsenergie wird in wertlose Wärmeenergie umgewandelt
Praktische Anwendungen:
- Stoßdämpfer(Auto) und Schwingungsdämpfer(Hochhäuser und Brücken)
Angeregte Schwingung
Wenn man einer Schwingung immer wieder Energie zuführt, nennt man diese eine angeregte Schwingung.
Resonanz und Resonanzkatastrophe
Jeder Körper hat einen natürlichen Schwingungsrhythmus (Eigenfrequenz, Resonanzfrequenz). Wenn man einer Schwingung immer wieder Energie zuführt wird die Amplitude immer größer. Je genauer man die Resonanzfrequenz trifft, desto größer wird die Amplitude.
Als Resonanzkatastrophe bezeichnet man die Zerstörung eines Bauwerks durch übermäßige Schwingungsamplituden. Bei einer periodisch wiederkehrenden Anregung wird immer mehr Energie auf das Bauwerk übertragen und dort gespeichert. Wenn der Energieeintrag den Abgabewert überschreitet, wird die Schwingungsamplitude immer größer, bis die Belastungsgrenze überschritten ist.
Bsp.: Tacoma Bridge: Durch den Wind ist die Hängebrücke in Schwingungen versetzt worden bis sich das Metall verbogen hat und die Brücke schlussendlich durchgebrochen ist.
Einfache Überlagerung von Schwingungen
Schwebung: Sie entsteht wenn sich zwei Schwingungen mit leicht unterschiedlicher Frequenz überlagern. Die Amplitude ändert sich dabei-Die Schwebfrequenz gibt an, wie oft die Schwingung in einer Sekunde an und wieder abschwillt.
Die Überlagerung von 2 Harmonischen Schwingungen ergibt wieder eine Harmonische Schwingung. Spezialfälle:
- Konstruktive Interferenz: Schwingungen überlagern sich und bauen sich auf.
- Destruktive Interferenz: Schwingungen schwingen entgegengesetzt zueinander
Abbildung: 3
Wasserwelle- (Teilchen bewegen sich kreisförmig um ein „Zentrum“, Energie wird in eine Richtung weitergegeben) Bei einer Wasserwelle wird die Energie von Teilchen zu Teilchen übertragen wobei die einzelnen Teilchen nicht an einem Punkt bleiben, sondern beinahe kreisförmig um einen Punkt rotieren. Diese Wellenform ist in flüssigen Medien vorzufinden.
Wellen
Eine Welle ist die Ausbreitung einer Störung. Energie wird von Teilchen zu Teilchen übertragen.
Es gibt unterschiedliche Wellenarten:
- Mechanische Wellen (Schallwelle, Wasserwelle, …)
- Elektromagnetische Wellen (Sichtbares Licht, Wärmestrahlen, …)
- Gravitationswellen
- Materiewellen
Wellenformen:
Transversalwelle
(oder Querwelle) – (Bewegung in eine Richtung, Teilchen schwingen auf und ab) Diese Wellen treten in Festkörpern auf. Beispiele für Transversalwellen sind Saitenschwingungen, S-Wellen (verwendet in der Seismologie) und auch Lichtwellen.
Abbildung: 4
Longitudinalwelle
(Bewegung in Ausbreitungsrichtung, Teilchen stoßen sich gegenseitig ab.) Sie treten nur in Gasen auf. Schallwellen sind beispielsweise Longitudinalwellen. Die Teilchen bewegen sich vor und zurück und stoßen die Teilchen vor sich an und geben so die Energie in eine Richtung weiter.
Abbildung: 5
Wasserwelle
(Teilchen bewegen sich kreisförmig um ein „Zentrum“, Energie wird in eine Richtung weitergegeben) Bei einer Wasserwelle wird die Energie von Teilchen zu Teilchen übertragen wobei die einzelnen Teilchen nicht an einem Punkt bleiben, sondern beinahe kreisförmig um einen Punkt rotieren. Diese Wellenform ist in flüssigen Medien vorzufinden.
Abbildung: 6
