Über 1,6 Millionen Schüler*innen nutzen sofatutor!
  • 93%

    haben mit sofatutor ihre Noten in mindestens einem Fach verbessert

  • 94%

    verstehen den Schulstoff mit sofatutor besser

  • 92%

    können sich mit sofatutor besser auf Schularbeiten vorbereiten

Was sind mechanische Schwingungen?

Du möchtest schneller & einfacher lernen?

Dann nutze doch Erklärvideos & übe mit Lernspielen für die Schule.

Kostenlos testen
Du willst ganz einfach ein neues Thema lernen
in nur 12 Minuten?
Du willst ganz einfach ein neues
Thema lernen in nur 12 Minuten?
  • Das Mädchen lernt 5 Minuten mit dem Computer 5 Minuten verstehen

    Unsere Videos erklären Ihrem Kind Themen anschaulich und verständlich.

    92%
    der Schüler*innen hilft sofatutor beim selbstständigen Lernen.
  • Das Mädchen übt 5 Minuten auf dem Tablet 5 Minuten üben

    Mit Übungen und Lernspielen festigt Ihr Kind das neue Wissen spielerisch.

    93%
    der Schüler*innen haben ihre Noten in mindestens einem Fach verbessert.
  • Das Mädchen stellt fragen und nutzt dafür ein Tablet 2 Minuten Fragen stellen

    Hat Ihr Kind Fragen, kann es diese im Chat oder in der Fragenbox stellen.

    94%
    der Schüler*innen hilft sofatutor beim Verstehen von Unterrichtsinhalten.
Bewertung

Ø 4.0 / 8 Bewertungen
Die Autor*innen
Avatar
Team Digital
Was sind mechanische Schwingungen?
lernst du in der Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse

Grundlagen zum Thema Was sind mechanische Schwingungen?

Nach dem Schauen dieses Videos wirst du in der Lage sein, eine mechanische Schwingung zu definieren, zu beschreiben und ihr Zustandekommen zu erklären. Zunächst lernst du, wie eine mechanische Schwingung definiert ist. Anschließend lernst du die Beschreibungsgrößen einer mechanischen Schwingung kennen.

frame_10717

Abschließend erfährst du, wie die Voraussetzungen für das Zustandekommen einer mechanischen Schwingung sind.

frame_7222

Lerne, wie du am effizientesten ein Kind auf einer Schaukel anschubst.

Das Video beinhaltet Schlüsselbegriffe, Bezeichnungen und Fachbegriffe wie zeitlich-periodisch, räumlich-periodisch, Oszillator, Ruhelage, Gleichgewichtslage, Elongation, Umkehrpunkt, Schwingungszustand, schwingungsfähiges System, Bewegungsrichtung, rücktreibende Kraft, Trägheit, Amplitude, Periode, Frequenz.

Bevor du dieses Video schaust, solltest du bereits Kräfte kennen. Außerdem solltest du grundlegendes Wissen zu Bewegungen haben.

Nach diesem Video wirst du darauf vorbereitet sein, weitere Einzelheiten über Schwingungen zu lernen.

Transkript Was sind mechanische Schwingungen?

Also hier ist ja noch Luft nach oben, was die Anschubs-Skills angeht. Spätestens nach Betrachtung dieses Videos kannst du beratend tätig werden. Denn wir beschäftigen uns mit der Frage: Was sind mechanische Schwingungen? Wir betrachten zunächst die DEFINITION einer mechanischen Schwingung:Eine mechanische Schwingung ist die zeitlich-periodische Hin- und Herbewegung eines Körpers um eine Ruhelage. Der schwingende Körper wird auch OSZILLATOR genannt, vom Lateinischen oscillare: schwingen, schaukeln. Wir klären die Begriffe der Definition.Von einer MECHANISCHEN Schwingung sprechen wir, wenn sich tatsächlich ein KÖRPER bewegt. Periodisch bedeutet: “regelmäßig wiederkehrend”. Auf einer Autobahn stehen zum Beispiel auf gerader Strecke alle fünfzig Meter Leitpfosten. Diese könnte man als räumlich-periodisch bezeichnen. Das Ereignis “Ich sehe einen Leitpfosten” geschieht alle fünfzig Meter. Wenn nun ein Ereignis regelmäßig in der Zeit wiederkehrt, dann ist es ZEITLICH-periodisch. Einmal pro Stunde passiert hier zum Beispiel der Minutenzeiger die Eins. Ein gutes Beispiel für eine mechanische Schwingung ist das Fadenpendel. Hin und her bewegt sich ein Körper, wenn er dabei innerhalb eines gewissen räumlichen Bereichs bleibt. Die Grenzpunkte dieses räumlichen Bereichs nennen wir Umkehrpunkte. Die momentane Auslenkung zu jedem beliebigen Zeitpunkt nennen wir ELONGATION, die maximale Auslenkung in den beiden Umkehrpunkten AMPLITUDE. Die Ruhelage oder Gleichgewichtslage ist die Position, die der Oszillator einnimmt, wenn er nicht zum Schwingen gebracht wurde. Sie wird auch Nulldurchgang genannt. Als Schwingungsdauer T bezeichnen wir die Zeit für eine vollständige Schwingung. Das ist die Zeit, die zwischen zwei gleichen Schwingungszuständen des Pendelkörpers vergeht. Man nennt das auch eine PERIODE. Er bewegt sich in der Zeit T zum Beispiel von EINEM Umkehrpunkt zum anderen UND wieder zurück. Aber was ist mit der Ruhelage? Nehmen wir an, der Pendelkörper kommt vom rechten Umkehrpunkt, schwingt durch die Ruhelage zum linken Umkehrpunkt und WIEDER durch die Ruhelage. Dann ist doch aber zwischen zwei Durchgängen durch die Ruhelage nur die Hälfte der Zeit vergangen, die zwischen zwei Durchgängen durch den linken Umkehrpunkt vergangen ist! Stimmt. Die beiden Durchgänge durch die Ruhelage sind eben nicht der gleiche Schwingungszustand, nur die gleiche Position. Der Begriff Schwingungszustand umfasst neben der Position noch die BewegungsRICHTUNG. Bis der Pendelkörper wieder durch die Ruhelage mit der gleichen Bewegungsrichtung wie zu Beginn unserer Betrachtung schwingt, muss er noch einmal in den rechten Umkehrpunkt schwingen und wieder zurückkehren. Die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde nennen wir FREQUENZ f. Die Frequenz f ist der Kehrwert der Schwingungsdauer T. Wenn eine Schwingung null komma fünf Sekunden dauert, dann geschehen zwei Schwingungen pro Sekunde! Die Einheit der Frequenz ist Hertz, abgekürzt . Damit haben wir alle Größen zur Beschreibung einer Schwingung.Wie aber entsteht eine Schwingung? Normalerweise entsteht eine Schwingung durch eine ANFANGSAUSLENKUNG bis zum Umkehrpunkt. Der Pendelkörper bleibt jedoch üblicherweise nicht stehen, sondern bewegt sich, sobald er losgelassen wird, in Richtung Ruhelage. Offenbar wirkt eine Kraft auf ihn. Bei einer Schwingung nennen wir diese Kraft RÜCKTREIBENDE Kraft. Beim Fadenpendel ist die rücktreibende Kraft eine Folge der Gewichtskraft F-G des Pendelkörpers. Wäre der Pendelkörper nicht am Faden befestigt, würde er einfach senkrecht nach unten fallen. So übt der Faden eine Kraft GEGEN die Gewichtskraft aus. Daher wirkt nur ein Anteil der Gewichtskraft auf den Pendelkörper, senkrecht zum Faden – die rücktreibende Kraft F-rück. Nun erreicht der Körper die Ruhelage, seine Ausgangslage. Er bleibt dort aber nicht stehen, sondern schwingt weiter. Dies liegt offensichtlich daran, dass der Körper ja jetzt eine Geschwindigkeit v hat, beziehungsweise träge ist. Damit haben wir die Bedingungen zur Entstehung einer mechanischen Schwingung:Erstens: Der Körper muss aus seiner Gleichgewichtslage bewegbar sein. Zweitens: Es muss eine rücktreibende Kraft geben. Drittens: Der Körper ist träge. Bei den meisten Schwingungen bleibt die Amplitude während mehrerer Perioden nicht konstant, sondern nimmt ab. Man nennt eine solche Schwingung GEDÄMPFTE SCHWINGUNG. Die Ursache der Dämpfung sind im Allgemeinen Reibungsverluste, beim Fadenpendel zum Beispiel an der Aufhängung und durch die Luft. Um eine gedämpfte Schwingung zu einer ungedämpften Schwingung zu machen, muss die an die Umwelt abgegebene Energie dem System wieder zugeführt werden – und zwar zum richtigen Zeitpunkt. Anschubsen. Am besten funktioniert das, wenn die Schaukel im Umkehrpunkt ist, also momentan still steht, der oder die Anschubsende aber gerade sozusagen im Nulldurchgang seiner eigenen Schwingung ist, also bei maximaler Geschwindigkeit. Außerdem muss die Frequenz die gleiche sein, mit der die Schaukel schwingt. Schubst man zu langsam an, verursacht man tödliche Langeweile beim Kind, weil man die Schaukel sozusagen hin und her trägt. Schubst man zu schnell an, wird dem Kind von der Wackelei bestenfalls schlecht – aber die Schaukel bewegt sich davon nicht besser. Und wir schubsen mal die Zusammenfassung an. Eine mechanische Schwingung ist die zeitlich-periodische Hin- und Herbewegung eines Körpers um eine Ruhelage. Die momentane Auslenkung zu jedem beliebigen Zeitpunkt nennen wir ELONGATION, die maximale Auslenkung in den beiden Umkehrpunkten AMPLITUDE. Die Ruhelage oder Gleichgewichtslage ist die Position, die der Oszillator einnimmt, wenn er nicht zum Schwingen gebracht wurde. Sie wird auch Nulldurchgang genannt. Als Schwingungsdauer T der Schwingung bezeichnen wir die Zeit, die für eine vollständige Schwingung vergeht. Das ist die Zeit, die zwischen zwei gleichen Schwingungszuständen – Position UND Bewegungsrichtung – des Pendelkörpers vergeht. Aufgrund der rücktreibenden Kraft bewegt sich der Pendelkörper nach Auslenkung in Richtung Ruhelage. Aufgrund seiner Trägheit bewegt sich der Pendelkörper durch die Ruhelage hindurch zum anderen Umkehrpunkt. Und wie läufts im Anschubsbusiness? Definitiv besser.

Was sind mechanische Schwingungen? Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Was sind mechanische Schwingungen? kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib die Definition einer mechanischen Schwingung an.

    Tipps

    Beschreibe das Bild mit eigenen Worten: Das Bild beschreibt eine Bewegung.

    Das Wort „periodisch“ ist ein Fremdwort. Es bedeutet „wiederkehrend“.

    Lösung

    Eine mechanische Schwingung ist die zeitlich-periodische Hin-und-her-Bewegung eines Körpers um eine Ruhelage herum.

    Zeitlich-periodisch heißt hier zeitlich wiederkehrend.

    Bei einer mechanischen Schwingung gibt es einen wirklichen Gegenstand, der sich hin- und herbewegt, anders als etwa bei Licht, wo sich die Stärke eines Feldes verändert. Von einer geradlinigen Bewegung unterscheidet sich eine Schwingung dadurch, dass der Körper einen bestimmten räumlichen Bereich nicht verlässt.

  • Stelle den Verlauf einer Schwingung dar.

    Tipps

    Die Pfeile zeigen die Bewegungsrichtung des Pendelkörpers an.

    Das Pendel schwingt erst nach links und dann wieder nach rechts.

    Lösung

    Die Bewegung beginnt im rechten Umkehrpunkt nach links. Auf dem Weg in die Ruhelage befindet sich der Pendelkörper mit Bewegungsrichtung nach links zwischen rechtem Umkehrpunkt und Ruhelage. Dann befindet er sich in der Ruhelage und schwingt weiter nach rechts zum linken Umkehrpunkt. Dort ändert er wieder seine Richtung und schwingt zurück.

  • Formuliere Erklärungen der Fachausdrücke.

    Tipps

    Fachbegriffe sind auch in der Physik unerlässlich: Mache dir zunächst klar, welche du bereits kennst.

    Die Amplitude ist die maximale Elongation. Von einem Umkehrpunkt zum anderen benötigt der Oszallator eine halbe Schwingungsdauer. Dabei durchläuft er einmal die Ruhelage.

    Lösung

    Das sind die Fachbegriffe, die einem bei einer mechanischen Schwingung begegnen:

    • Die Elongation einer Schwingung ist die momentane Auslenkung des Oszillators.
    • Ein Oszillator ist der schwingungsfähige Körper.
    • Die Amplitude ist die maximale Auslenkung.
    • Die Ruhelage ist die Position des Oszillators, wenn er noch nicht ausgelenkt ist.
    • Im Umkehrpunkt ändert der Oszillator seine Richtung.
    • Die Schwingungsdauer $T$ ist die Zeit, die für eine vollständige Schwingung benötigt wird.

    Erläuterung: Eine Schwingung kommt oft dadurch zustande, dass der schwingungsfähige Körper, also der sogenannte Oszillator, aus seiner Ausgangsposition, der Ruhelage, ausgelenkt wird. Diese Auslenkung führt bis zum Umkehrpunkt, der auch die maximale, also weiteste Auslenkung darstellt, nämlich die Amplitude. Dann schwingt der Körper durch die Ruhelage zum anderen Umkehrpunkt und wieder zurück. Die Auslenkung zu einem beliebigen Zeitpunkt nennen wir Elongation.

  • Ordne die Kräfte am Fadenpendel zu.

    Tipps

    Wie bereits erwähnt, werden die Kraftpfeile direkt mit dem Formelzeichen beschriftet.

    Die rücktreibende Kraft ist die resultierende Kraft aus Fadenkraft und Gewichtskraft.

    Die rücktreibende Kraft ergibt sich, wenn du die Fadenkraft und die Gewichtskraft vektoriell addierst.

    Lösung

    Die rücktreibende Kraft ist derjenige Anteil der Gewichtskraft, der trotz Fadenkraft noch wirken kann. Die Richtung der rücktreibenden Kraft erhältst du, wenn du die beiden Kraftpfeile der Gewichtskraft $F_G$ und der Fadenkraft $F_{\text{Faden}}$ addierst.

  • Klassifiziere die abgebildeten Bewegungen.

    Tipps

    Welche der Bewegungen erfüllt die Bedingungen einer mechanischen Schwingung?

    Das sind die Merkmale, die eine mechanische Schwingung ausmachen:

    1. Hin-und-her-Bewegung
    2. realer Gegenstand
    3. Bewegung um eine Ruhelage

    Lösung

    Die Schaukel vollführt eine mechanische Schwingung: Sie vollzieht eine Hin-und-her-Bewegung um den tiefsten Punkt ihrer Bewegung herum.

    $\quad \Rightarrow$ Die Antwort ist richtig.

    Das Pendel vollführt auch eine mechanische Schwingung: Es vollzieht eine Hin-und-her-Bewegung um den tiefsten Punkt seiner Bewegung herum.

    $\quad \Rightarrow$ Die Antwort ist richtig.

    Die Saiten der Gitarre vollführen gleichfalls eine mechanische Schwingung. Hier ist die Ruhelage die Position der Saite, wenn sie nicht gezupft wurde.

    $\quad \Rightarrow$ Die Antwort ist richtig.

    Die Pirouette des Balletttänzers ist zwar ebenfalls eine periodische Bewegung, aber keine um die Ruhelage herum, sondern eine Kreisbewegung.

    $\quad \Rightarrow$ Die Antwort ist falsch.

    Die Fußballspieler vollziehen im Wesentlichen verschiedene geradlinige Bewegungen: Sie bewegen sich nicht um eine feste Position herum.

    $\quad \Rightarrow$ Die Antwort ist falsch.

    Auch die Hürdenläuferin bewegt sich nicht um eine feste Position herum.

    $\quad \Rightarrow$ Die Antwort ist falsch.

  • Berechne die Schwingungsdauer eines zwei Meter langen Fadenpendels.

    Tipps

    Du darfst deinen Taschenrechner benutzen. Beachte dabei, dass auch wirklich nur die Werte für $l$ und $g$ unter dem Wurzelzeichen stehen.

    Du kannst auch mit Überschlagswerten rechnen:

    • $2\pi$ ist ungefähr $6$.
    • $\sqrt{10}$ ist ungefähr $3$.

    Lösung

    $T=2\pi\cdot \sqrt{\dfrac{l}{g}}=2\pi\cdot \sqrt{\dfrac{1~\text{m}}{10~\frac{\text{m}}{\text{s}^2}}} =2{,}0~\text{s}$

    Durch Einsetzen der Zahlenwerte $(l=1~\text{m}$ und $g=10~\pu{m // s^{2}})$ ergibt sich ein gerundeter Wert von $2$ Sekunden. Auch die Angabe $2{,}0$ Sekunden ist korrekt. Unter der Wurzel kürzen sich die Einheiten zu $s^2$. Daraus ergibt sich nach dem Wurzelziehen $s$.

    Die Überschlagsrechnung führt zu dem gleichen Ergebnis:

    $T=2\pi\cdot \sqrt{\dfrac{l}{g}}=2\pi\cdot \sqrt{\dfrac{1~\text{m}}{10~\frac{\text{m}}{\text{s}^2}}} \approx 6 \cdot \dfrac{1}{\sqrt{10}}~ \text{s} = 6 \cdot \dfrac{1}{3}~\text{s} = 2~\text{s}$

30 Tage kostenlos testen
Mit Spaß Noten verbessern
und vollen Zugriff erhalten auf

7.701

sofaheld-Level

6.601

vorgefertigte
Vokabeln

7.440

Lernvideos

35.623

Übungen

33.154

Arbeitsblätter

24h

Hilfe von Lehrer*
innen

laufender Yeti

Inhalte für alle Fächer und Schulstufen.
Von Expert*innen erstellt und angepasst an die Lehrpläne der Bundesländer.

30 Tage kostenlos testen

Testphase jederzeit online beenden