Das Federpendel (Feder-Masse-System).
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Dieses Java-Applet ist die virtuelle Entsprechung des Federpendels (Feder-Masse-System). Es dient der visuellen Unterstützung bei der Erarbeitung der Theorie des Experimentes. Man kann mit ihm aber auch die Abhängigkeiten selbst erforschen oder das Experiment virtuell nachbereiten.
Fragen / Aufgaben:
1.) Die Auslenkung.
Ein Massenstück (Kugel) wird aus der Gleichgewichtslage um eine Strecke  nach unten ausgelenkt und losgelassen.
Belasse zunächst die Grundeinstellungen und klicke auf "Start".
- Zwischen welchen Markierungen schwingt die Kugel hin und her?
Ändere die Auslenkung  auf 0,05 m.
- Zwischen welchen Markierungen schwingt die Kugel nun hin- und her?
- Hat die Auslenkung eine Auswirkung auf die Periodendauer T und die Frequenz f der Schwingung?
- Mit welcher Funktion würdest Du die Schwingungskurve s(t) mathematisch beschreiben?
(Tipp: Denke an die Anfangsbedingungen. Bei t = 0 ist die Auslenkung -Â.)
2.) Was beeinflusst die Schwingungsfrequenz?
Verändere nun die Masse der Kugel m. (Lasse die Federhärte konstant)
- Schwingt das System schneller oder langsamer, wenn man die Kugelmasse m vergrößert?
Verändere nun die Federhärte D. (Lasse die Masse der Kugel konstant)
- Schwingt das System schneller oder langsamer, wenn man die Federhärte D vergrößert?
3.) Die Geschwindigkeit des Schwingungskörpers.
Lasse die Kugel aus dem untersten Bahnpunkt aus der Ruhe starten.
- Wo ist die Geschwindigkeit der Kugel am größten?
- Welche Geschwindigkeit hat sie an den Umkehrpunkten oben und unten?
- Welche Kurvenfunktion hat das Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm?
Verändere nacheinander die Auslenkung Â, die Federhärte D und die Kugelmasse m.
- Wie ändert sich die maximale Geschwindigkeit, wenn man die Auslenkung halbiert / verdoppelt?
- Wie ändert sich die maximale Geschwindigkeit, wenn man die Federhärte verdoppelt / vervierfacht?
- Wie ändert sich die maximale Geschwindigkeit, wenn man die Kugelmasse verdoppelt / vervierfacht?
4.) Kraft und Beschleunigung.
Wähle nun wieder die Grundeinstellungen (m = 0,1 kg,
D = 2 N/m, Â = 0,1 m, Startposition von unten).
Wähle bei "Anzeige" nun "Kraft / Beschleunigung".
- Vergleiche die Beträge der Federkraft Ff und der
Gewichtskraft Fg
- unterhalb der Gleichgewichtslage
- in der Gleichgewichtslage
- oberhalb der Gleichgewichtslage
- Wo ist die resultierende Kraft am größten / am kleinsten?
- Wo ist die Beschleunigung am größten / am kleinsten?
- Welche Funktion beschreibt den Beschleunigungs-Zeit-Zusammenhang?
Verändere nun nacheinander die Auslenkung Â, die Federhärte D und die Kugelmasse m.
- Wie verändert sich die maximale Beschleunigung, wenn man die Auslenkung verdoppelt?
- Wie verändert sich die maximale Beschleunigung, wenn man die Federhärte verdoppelt?
- Wie verändert sich die maximale Beschleunigung, wenn man die Kugelmasse verdoppelt?
Fragen / Aufgaben als Arbeitsblatt herunterladen
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Die Simulationen entstanden mit Hilfe von Physlets von Wolfgang
Christian und Mario Belloni vom Davidson College, USA
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