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Schwingungen und Wellen |
1. Beschreibung (Plastikfeder)
Mit diesen hochelastischen Federn aus PVC lassen sich spielerisch einige Grundlagen aus der Physik der Schwingungen demonstrieren. Sie werden im Übrigen in der Werbebranche zu Dekorationszwecken verwendet.
Die Feder lässt sich etwa bis zum zehnfachen ihrer Grundlänge reversibel dehnen. Bei stärkerer Beanspruchung verformt sie sich irreversibel, was man auch dazu benutzen kann, um sich endseitig Einhängeösen zu biegen.
Besondere Vorsicht ist beim Entwirren einer ineinander verhedderten Feder geboten.
2. Maße und Daten
Länge der ungedehnten Feder: etwa 40 cm
Durchmesser außen: 28 mm
Eigenmasse: etwa 65 g
Federkonstante: D 0,35 N/m
3. Versuche
3.1 Transversalschwingungen
Hängt man ein Ende der Feder an einen Wandhaken, Türgriff o. ä. und dehnt die Feder auf drei bis vier Meter, kann man mit etwas Gefühl die Feder zu Grund- bzw. Oberschwingungen anregen.
Aber Vorsicht: keine zu großen Auslenkungen, da sonst irreversible Dehnungen vorkommen können.
Die Dauer der Grundschwingungen beträgt etwa 1 s; die der ersten Oberschwingung etwa 0,5 s usw. Die dritte und vierte Oberschwingung sind noch zu realisieren, aber nur noch schwer zu messen.
3.2 Longitudinalschwingungen
Hängt und dehnt man die Feder wie unter Punkt 3.1 beschrieben, kann man Longitudinalwellenimpulse anregen, indem man mit dem Fingernagel ans Ende der Feder plötzlich anstößt.
Die Stoßwelle läuft in etwa einer Sekunde hin und zurück und ist als Verdichtung deutlich zu beobachten. Bei kräftigem Anstoß kann sie mehrere Male hin und her laufen. Bei senkrecht aufgehängter Feder gelingt es mit ein wenig Geschick, stehende longitudinale Wellen anzuregen.
4. Literatur
Einige Formeln zur quantitativen Berechnung vorstehend erläuterter Experimente, sowie weitere Literaturhinweise finden sich z. B. in :
Carl Barratt: "Resonance in a vibrating spring, American Journal of Physics 52 (1984), 1148-1150
Stark Verlag
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