Masse auf einer Feder: Einfache harmonische Bewegung

1 · Vorhersagen

Wenn man die an der Feder hängende Masse verdoppelt, verdoppelt sich dann auch die Schwingungsdauer?

• Die Periode verdoppelt sich.
• Der Zeitraum bleibt gleich.
• Der Zeitraum verlängert sich, jedoch um weniger als das Doppelte.

2 · Aufbauen

1. Öffnen Sie die Preset „Masse auf Feder“ im Modul „Mechanik“. Eine Kugel (der Pendelkörper) hängt an einer darüber verankerten Feder.
2. Beachten Sie die Geschwindigkeitssonde, die bereits am Pendelkörper angebracht ist – sie meldet die momentane Geschwindigkeit des Pendelkörpers, während er schwingt.
3. Stellen Sie für jede Reihe die Masse des Pendelkörpers und die Steifigkeit der Feder ein, ziehen Sie den Pendelkörper leicht nach unten, lassen Sie ihn los und lassen Sie ihn schwingen und zur Ruhe kommen.

3 · Daten sammeln

Zeichnen Sie die Periode T (s) gegen die Masse m (kg) für Ihre drei Versuche auf. Ist die Beziehung eine gerade Linie? Versuchen Sie stattdessen, T gegen √m grafisch darzustellen – was fällt Ihnen auf?

4 · Auswerten

1. Berechnen Sie mit T = 2π√(m/k) den Zeitraum für jede Zeile und vergleichen Sie ihn mit dem Wert, den Sie in der Sandbox gemessen haben.
2. Die Zeilen 1 und 3 haben Massen im Verhältnis 1:4 . Durch welchen Faktor hat sich der Zeitraum verändert? Passt das zu √4 = 2?

5 · Vertiefen

1. Würde sich die Periode vergrößern oder verkleinern, wenn man statt der Masse die Federkonstante k erhöhen würde? Skizzieren Sie den Trend, den Sie erwarten würden.
2. Der Pendelkörper hängt unter der Schwerkraft sichtbar tiefer (Gleichgewichtsausdehnung = mg/k), doch die Schwerkraft g erscheint in T = 2π√(m/k) nicht. Erklären Sie, warum die Periode trotz der Gleichgewichtslage von der Schwerkraft nicht beeinflusst wird.

Die Physik hinter diesem Experiment

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