Pendel & Schwingungen

Pendel

Pendel

Ein Pendel oder auch Schwerependel genannt, ist ein Gegenstand, der, an der Achse oder auch einem Punkt außerhalb seines Massenmittelpunkts drehbar gelagert ist, um seine eigene Ruheposition schwingen zu können.

Die einfachste Durchführung zum Pendeln ist das Fadenpendel, welches aus einem an einen Faden aufgehängten Gewicht besteht und baulich einem Schnurlot gerichtet ist.

Grundlagen beim Pendeln

Eine Pendel besteht oft aus einem Band und einem Stab, das am freien Ende von einem Gewicht beschwert wird. Wenn man ein solches Pendel aus seiner vertikalen Ruheposition bring, schwingt es unter dem Einfluss der Schwerkraft zurück und wird, solange keine Dämpfung erfolgt, symmetrisch zwischen den Scheitelpunkten aus ein Umkehrpunkt der Bewegung und die tiefst-möglichste Lage des Massenmittelpunktes (Ruheposition) weiter zu schwingen.

Schwingungsperiode vom Pendeln

Die Regelmäßigkeit der Schwingungsperiode vom Pendeln wird bei mechanischen Pendeluhren verwendet. Ein Pendel muss, sollte man genau gehen, möglichst geringe und regelmäßige Amplituden zurücklegen. Aus der theoretischen Praxis unterscheidet man bei Schwerkraftpendeln und die beiden nachfolgenden Formen. Das ebene mathematische Pendel und die sphärische Pendel.

Dies sind idealisierte Modelle zur allgemeinen Definition von Pendelschwingungen. Dabei wird davon ausgegangen, dass das volle Gewicht des Pendelns in einem Punkt vereinigt vorliegt, der einen festen Abstand von Aufhängepunkt hat. Eine solche Pendel wird näherungsweise durch eine Fadenpendel verwirklicht.

Mathematische & physikalische Pendel

Die physikalische Pendel unterscheidet sich von der mathematischen Pendel, indem ihm die Art und Größe des Pendelgegenstandes berücksichtigt wird, weswegen das Verhalten einer physikalischen Pendeln eher dem von echten Pendeln entspricht.

So ist zum Beispiel die Periodendauer eines Stangespendels, bei dem ein Pendelgegenstand an einer Stange mit einem endlichen Gewicht hängt, steht kürzer als die Periodendauer einer gleich langen mathematischen Pendels, bei dem das Gewicht der Aufhängung vernachlässigt werden kann. Für die kleinen Auslenkungen vereinfacht die Beobachtung der Bewegung des Pendels. Das hier die rückstellende Energie näherungsweise proportional zur Auslenkung ist, dann handelt es ich um einen harmonischen Oszillator

Federpendel: Die Federpendel ist keine Pendel im herkömmlichen Sinne, denn sie besitzt im Unterschied zur Schwerkraftpendel über eine eigene Rückstellkräfte, die von der Schwerkraft unabhängig sind.

Varianten: Beim sich linear bewegenden Federpendel oder auch Federschwinger entsteht die Rückstellung durch die Dehnung einer Schraubenfeder.

Das Torisionspendel (Drehpendel) schwingt in Art einer Drehbewegung mit senkrechter Achse an einem sehr verdrehten Draht oder auch Band, die rückstellende Energie wird durch die Torision erstellt.

Bei Drehschwingungen mit einer Spiralfeder (Unruh) wird die rückstellende Energie durch die Biegung in der Spiralfeder aufgebracht.

Gekoppelte Pendel: Pendel werden für physikalische Versuche gekoppelt. Beispielsweise verbindet man ein Fadenpendel durch eine Feder miteinander. Man kann an deren Bewegungen sehr gut das Phänomen der Schwebung beobachten. Die gebundenen Atome (beispielsweise in einem Molekül  oder auch in einem Festkörper) können durch ein derartiges Modell von gekoppelten Pendeln beschrieben werden.

Die Doppelpendel dient zum Zeigen von chaotischen Prozessen, weil die Bewegungsabläufe bei den Doppelpendeln als solche zu beschreiben sind. Linear zum Beispiel durch die Hilfe von Federn, gekoppelte Pendel erstellen komplexe Schwingungsmuster, indem die Grundschwingung von sogenannten Schwingungsmoden oder auch Eigenschwigungsformen mit zugehörigen Eigenfrequenzen überlagert werden.

Fazit: Die Pendel ist ein Gegenstand, der genutzt wird um Schwingungen zu erzeugen. Dafür benötigt ein Band oder einen Faden und hängt am Ende ein Gewicht heran, um die Schwingungskraft zu erzeugen. Es gibt unterschiedliche Arten von Pendel, zum Beispiel die Federpendel oder die Doppelpendel. Es gibt auch die mathematische und die physikalische Pendel, die für Untersuchungen und Versuche benötigt werden. Wie findest Du die unterschiedlichen Formen von Pendeln? Welche Art von Pendel bevorzugst Du für Dich?

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