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iMechanics Gedämpfte und gekoppelte Schwingungen

Im Alltag begegnen Schülerinnen und Schülern Schwingungen auf vielfältige Weise. Dazu gehören beispielsweise das Schaukeln, die Pendelschwingung einer Uhr oder die Federschwingung einer Fahrzeugfederung. Neben der freien ungedämpften Schwingung sind dabei auch gedämpfte und gekoppelte Schwingungen von besonderem Interesse.

In diesem Modul untersuchen die Schülerinnen und Schüler die physikalischen Zusammenhänge und möglichen Einflussfaktoren auf beschreibende Größen gedämpfter und gekoppelter Schwingungen. Sie haben dabei die Möglichkeit, geeignete Versuchsaufbauten zur Untersuchung der Schwingungsvorgänge eigenständig zu entwickeln und daran zu experimentieren.

Zur Messwertaufnahme  und –auswertung werden physikalische Videoanalysen mit einem Tablet-PC vorgenommen. Bei der physikalischen Videoanalyse handelt es sich um ein Verfahren zur berührungslosen Messung der Orts- und Zeitkoordinaten von bewegten Körpern. Die Position des bewegten Objekts bezüglich eines zweidimensionalen Koordinatensystems wird dabei in jedem Einzelbild des Videos gespeichert. Aus den ermittelten Zeit- und Ortskoordinaten kann die (Durchschnitts-)Geschwindigkeit berechnet werden.

Die Schülerinnen und Schüler lernen grundlegende naturwissenschaftliche Arbeits- und Auswertungsmethoden wie die graphische Darstellung und Approximation von Messwerten unter Verwendung von Tablet-PC und Computer kennen. Zum Abschluss des jeweiligen Modulteils können die Schülerinnen und Schüler eigene Hypothesen zur Einflussnahme auf Dämpfungsgrad und Kopplungsstärke aufstellen und mithilfe ihrer Versuchsaufbauten überprüfen.

 

Klassenstufe:
11

Dauer:
2x ca. 2,5 Std.

Max. Gruppengröße:
16

Vorkenntnisse:
Was ist eine Schwingung? (periodischer Verlauf, (Faden- und Federpendel), Schwingungsdauer)

Ablauf (gedämpft):

  • Einführungsgespräch
  • Experiment zur Untersuchung des Schwingungsverlaufs am gedämpften Federpendel
  • Ermitteln der jeweiligen Dämpfungskonstanten mithilfe von MS Excel und GeoGebra
  • Eigenständiges Experimentieren zum Ermitteln möglicher Einflussfaktoren auf die Dämpfungskonstante

Ablauf (gekoppelt):

  • Einführungsgespräch
  • Experiment zur Bestimmung der Kopplungsstärke zweier gekoppelter Pendel
  • Eigenständiges Experimentieren zum Ermitteln möglicher Einflussfaktoren auf die Kopplungsstärke

 

 

Anmeldung/Modulbetreuer:

ipl[at]physik.uni-kl.de

Sebastian Becker: s.becker[at]physik.uni-kl.de