Anwendungen in der Physik

Einführung - Station 1: Einfluss der Parameter - Station 2: Bestimmung der Funktionsgleichung und mehr - Station 3: Anwendungen in der Physik

FAQ

Hier kannst du die Bedeutung der verwendeten Begriffe nachschlagen.

Anwendungen in der Physik

Hefteintrag: Formuliere eine Überschrift und mache dir Notizen zu den Aufgaben!

Es gibt viele periodische Vorgänge, also Vorgänge, die sich nach einer bestimmten Zeit wiederholen. Zeichnet man deren zeitlichen Verlauf auf, so erhält man einen sinusförmigen Graphen.

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Aufgabe P1 - Das Federpedel

Ein Ball hängt an einer Feder und schwingt nach einmaliger Auslenkung. Im Bild sind die Ruhelage und die größten Auslenkungen aus dieser zu sehen. Die Zeitabstände zwischen den einzelnen Fotos sind jeweils gleich groß.

Bestimme die Amplitude $\ A$ !
Wie groß ist die Schwingungsdauer $\ T$ ?
Berechne die Frequenz $\ f$ !
Berechne die Winkelgeschwindigkeit $\ \omega$ !
Gib die zugehörige Funktionsgleichung in der Form $s(t) = A \cdot \sin (\omega t)$ an!

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Aufgabe P2 - Das Fadenpendel

Beschreibe das Experiment und verwende dabei die passenden mathematischen und physikalischen Fachbegriffe!
Betrachte den Graphen und überlege dir, inwiefern er nur fast der Graph einer Sinusfunktion ist!
Diskutiere was an dem Exerperiment "schief" gelaufen sein könnte!

Aufgabe P3 - Das Oszilloskop

Ein Oszilloskop (umgangssprachlich "Oszi") ist ein elektronisches Messgerät mit dessen Hilfe u.a. der Verlauf der Spannung zeitlich dargestellt werden kann. Auf einem Oszilloskop sieht man dieses Bild. Dabei ist die x-Ablenkung auf 0,1ms/div (Millisekunden pro Teilung) und die y-Ablenkung auf 1V/div (Volt pro Teilung) eingestellt.

Gib die Spitzenspannung (Amplitude) an!
Wie groß ist die Schwingungsdauer?
Bestimme die Frequenz!

Möchtest Du genaueres über das Oszilloskop wissen? Dann kannst Du Dich hier freiwillig informieren.

Aufgabe P4 - Erdbeben

Die Abbildung zeigt dir, wie man die Bewegung eines schwingenden Objekts mit Hilfe eines Streifen Papier, der an ihm mit konstanter Geschwindigkeit vorbei gezogen wird, "festhalten kann". Auf diese Weise kann die Auslenkung als Funktion der Zeit aufgezeichnet werden. Nach diesem Prinzip können beispielsweise die Schwingungen, die ein Erdbeben auslöst, protokolliert werden. Die folgende Abbildung zeigt ein solches "Protokoll".

Wie viele Einzelschwingungen führt das Objekt pro Sekunde aus? Tipp: [Anzeigen][Verstecken]

Diese Zahl gibt die "Frequenz" an, wenn beispielsweise 100 Einzelschwingungen pro Sekunde stattfinden, so sagt man, die Schwingung hat eine Frequenz von 100 Hertz und schreibt $\ f=100 Hz$ . Unter "einer Einzelschwingung" ist dabei ein vollständiges Duchlaufen einer Periode, ein "hin und her" gemeint.

Stelle die Funktionsgleichung der Schwingung auf!

Aufgabe P5

In dem Applet auf diesem Arbeitsblatt werden die Parameter einer Sinusschwingung aus der Physik behandelt. Bearbeite die dort gestellten Aufgaben!
Übernehme die folgende Zeichnung in dein Heft und vervollständige die Beschriftungen!

Aufgabe P6

Bearbeite diesen Lernpfad zur harmonischen Schwingung!

Lösung zu Aufgabe P 1: [Anzeigen][Verstecken]

1. $\ A = 4 cm$

2. $\ T \approx 0,925 s$

3. $f = \frac{1}{T} = \frac{1}{0,925 s} \approx 1,08 Hz$

4. $\omega = 2 \pi f = 2 \pi \cdot 1,08 Hz \approx 6,8 \frac{1}{s}$ oder $\omega = \frac{2\pi}{T} = \frac{2\pi}{0,925s} \approx 6,8 \frac {1}{s}$

5. $s(t) = 4 \cdot \sin(6,8 t)$

Lösung zu Aufgabe P 3: [Anzeigen][Verstecken]

1. Die Spitzenspannung (Amplitude) beträgt ungefähr 2,3V.

2. Die Schwinungsdauer beträgt in etwa $\ T = 0,4ms$ .

3. Es gibt mehrere Möglichkeiten die Frequenz zu bestimmen. So errechnet man z.B. aus der Schwingungsdauer, dass $f = \frac{1}{0,4ms}=\frac{1}{\frac{4}{10000}s}=2500Hz=2,5kHz$ gilt.

Lösung zu Aufgabe P 4: [Anzeigen][Verstecken]

1. Die Schwingungsdauer kann sehr genau bestimmt werden, indem man zunächst zwei Nullstellen wählt, die sehr genau abgelesen werden können.

Nullstellen: $x_{N_1} = 0 s$ und $x_{N_2} = 1,1 s$

Da in 1,1 Sekunden 3,5 Schwingungen stattfinden, erhält man als Schwingungsdauer: $\ T = 1,1 s : 3,5 = 0,314s$

Frequenz: $f = \frac{1}{T} = \frac{1}{0,314s} \approx 3,18 Hz$

2. $\ A = 3 cm$ und $\omega = 2\pi \cdot f = 2\pi \cdot 3,18 Hz \approx 20 \frac{1}{s}$ oder $\omega = \frac{2\pi}{T} = \frac{2\pi}{0,314s} \approx 20 \frac{1}{s}$