Schwingungen und Wellen

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.

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.

Fadenpendel

Material

• Fadenpendel für 5 Fadenlängen
• Maßstab
• Stoppuhr
• Stativmaterial

Beschreibung

Zur Demonstration der Abhängigkeit der Schwingungsdauer von der Länge des Fadenpendels.

Federpendel

Material

• 3 Federn
• mehrere Massen
• Maßstab
• Stoppuhr
• Stativmaterial

Beschreibung

Zur Demonstration der Abhängigkeit der Schwingungsdauer von der angehängten Masse und der Federstärke.

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).

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.

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.

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.

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.

Tonwellen

Material

• verschiedene Orgelpfeifen
• Lippenpfeife

Beschreibung

Zur Untersuchung der Tonhöhe in Abhängigkeit der Länge des Resonanzraumes. Geschlossene Holzpfeife mit quadratischem Querschnitt und verschiebbarem Stempel.

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, 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.

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.

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 (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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

Torsionspendel

Material

• Torsionspendel

Beschreibung

Das Trägheitsmoment kann durch Verschieben der beiden Massen verändert werden. Die Schwingungsdauer ist abhängig vom Trägheitsmoment.

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.

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.