Federpendel
Harmonische Schwingung: Federhärte und Masse bestimmen die Periode, Dämpfung lässt die Amplitude schrumpfen.
Nur das Ergebnis? Physikformeln
Auslenkung über Zeit
Messwerte
Was passiert hier
Die Feder zieht mit der Kraft −kx zurück, also ist die Beschleunigung proportional zur Auslenkung und zeigt zur Ruhelage. Genau das ist die Definition einer harmonischen Schwingung.
Die Periode 2π√(m/k) hängt nicht von der Amplitude ab. Dämpfung entzieht in jedem Zyklus Energie und lässt die Schwingung exponentiell schrumpfen, ohne die Periode stark zu ändern.
- Schwingungsdauer eines FederpendelsT = 2π √(m / k)
- Hookesches GesetzF = −kx
Im Lehrplan
- Mittelstufe PhysikHookesches Gesetz F = D s
- Oberstufeharmonische Schwingung, Dämpfung und Resonanz
Challenge
Erst vorhersagen: Was passiert mit der Periode, wenn du die Masse vervierfachst? Lass es bei m und 4m laufen und vergleich die Graphen.
Die vierfache Masse verdoppelt die Periode, weil T ∝ √m.
Richtig lernen
Lektionen aus GCSE Combined and Separate Science zu diesem Thema: Schritt für Schritt erklärt, dann Prüfungsfragen mit jedes Mal neuen Zahlen. Die Lektionen sind auf Englisch.
- Springs, elasticity and the force-extension practicalForces, work, elasticity, moments and pressurePlus
- Potential energy and energy conservationEnergy stores, transfers and efficiencyKostenlos
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Häufige Fragen
Wie groß ist die Periodendauer eines Federpendels?
T = 2π√(m/D). Mehr Masse oder eine weichere Feder geben langsamere Schwingungen; die Amplitude ändert die Periode nicht.
Was sagt das Hookesche Gesetz?
Die Federkraft ist proportional zur Dehnung, F = D s, solange die Feder nicht überdehnt wird. D ist die Federkonstante in N/m.
Was bewirkt Dämpfung?
Sie entzieht in jeder Schwingung Energie, die Amplitude nimmt exponentiell ab. Schwache Dämpfung ändert die Periode kaum, starke kann die Schwingung ganz verhindern.
Wie bestimme ich die Federkonstante aus der Periode?
Stelle T = 2π√(m/k) um: k = 4π²m/T². Eine 0,50-kg-Masse mit 0,80 s Periode ergibt k = 4π² × 0,50 / 0,80² = 30,8 N/m. Wähle Federkonstante unter Berechnen, um jeden Schritt zu sehen, oder k aus einer Dehnung für das hookesche Gesetz.