Physik 2018 bis 2020: Mai 2019

Sonntag, 19. Mai 2019

Für Montag 20.5. ...

... stelle ich gerade die Endfassung zusammen.

Schaut euch nochmal die Aufgabe mit dem Wellenträger an, wo von links angeregt wird und dann die Welle nach rechts läuft und dann reflektiert wird.

Und macht bzw. zeichnet folgendes:
Ein Wellenträger mit Länge L = 5 m, die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist 2 m/s.
Links ist ein Erreger, der zur Zeit t = 0 s aus der Gleichgewichtslage s = 0 nach oben anfängt zu schwingen mit einer Frequenz f = 0,5 Hz.

Zeichnet das Bild der Welle auf dem Träger zu den Zeiten
t = 1 s; 2 s; 2,5 s
wenn die Welle dann rechts ankommt wird sie reflektiert. Zeichnet, wie es weitergeht in zwei verschiedenen Bildern, einmal mit festem und einmal mit losem Ende.
t = 3 s; 3,25 s, 3,5 s
und dann noch am Schluss
t = 4,5 s; 4,75 s; 5 s; 5,25 s; 5,5 s

Jetzt schau ich mir gerade das Buch an, habe aber eine andere Ausgabe mit anderen Seitenzahlen...

am Ende des Kapitels "Schwingungen" im Überkapitel "Schwinungen und Wellen" gibt es eine Doppelseite mit Aufgaben. Da könnt ihr die Pendelaufgaben 1, 2 und 3 nochmal anschauen.

Die folgende Doppelseite "Überblick" ist auch sehr schön. (Chaotische Schwingungen rechts unten hatten wir nicht, mache ich vielleich nach dem Abi, ist eins meiner Lieblingsthemen)

Dann kommt das Kapitel Wellen, von denen wir bisher nur Mechanische Wellen hatten (und auch die noch nicht fertig). Die Graphik zur Ausbreitung einer Welle ist sehr schön.
Dann habt ihr die Überlagerung von Wellen.
Und die Reflexion am Ende eines Wellenträgers mit den Stehenden Wellen. Merkt euch da, dass die Bäuche immer eine halbe Wellenlänge lang sind.
Auf der Doppelseite mit den Meereswellen sehr ihr unten stehende Wellen mit n=1, n=2 und n=3.
Und auf der Seite, wo das Brechungsgesetz erklärt wird sind unten ein paar Wellenaufgaben. Aufgabe 4 zur Addition gegenläufiger Wellen ist schön.

Und am Ende habt ihr den Überblick zu den Wellen. Da ist die erste Seite für uns wichtig, bis zur Überlagerung, das mit dem Huygens kriegen wir noch.

So, jetzt hoffe ich, dass ich euch nicht völlig verwirrt habe. Bis morgen.

Montag, 13. Mai 2019

Nochmal für die Zweistündigen

Samstag, 4. Mai 2019

Aufgaben für die Zweistündigen

Lieber Kurs, so wie es aussieht, bin ich am Dienstag nicht da. Ich schreibe euch drum hier jetzt Aufgaben rein, die zur Klausur in der folgenden Woche passen. Wir können am Donnerstag nochmal drüber reden. Ich bin voraussichtlich in der 4.-6. Stunden (und in die Mittagspause hinein) in den Physikräumen 109 und daneben beim Aufbauen und kann Fragen beantworten.

Lösungen würde ich am Dienstag schreiben. Und so sind/ist die Geo-Leute auch nicht benachteiligt.
Jetzt ein paar Hinweise erst einmal. Zahlen dazu kommen später!

Aufgabe 1 - Frequenzen und Periodendauer
Ein Motor dreht mit 2500 Umdrehungen pro Minute.
Gib die Frequenz in Hz und die Periodendauer, d.h. die Dauer einer Umdrehung, in s an.

1 min = 60 s, f = 1/T bzw. T = 1/f

f = 2500 U/min = 41,7 Hz und T = 0,024 s

Aufgabe 2 - Hüpfender Hänger
Ein leerer PKW-Anhänger gerät in Schwingungen und "hüpft".
Der Hänger hat eine Masse von m = 150 kg. Er schwingt mit Periode T = 0,3 s.
Die Reifen wirken wie eine Feder. Berechne ihre (effektive) Federkonstante D in N/m.
Du lädst 500 kg Kies in den Hänger. Berechne, wie viel er weiter einsinkt.
Berechne die Frequenz und die Periodendauer des schwingenden Hängers mit Ladung.

Periode eines Schwingers: T = 2 pi Wurzel( m/D )
Einsinken, bzw. weitere Ausdehung einer Feder: F = D s bzw. s = F/D mit Gewichtskraft F = mg mit g = 9,81 m/s² bzw. näherungsweise 10 m/s²

D = m * 4 pi²/T² = 65797 N/m das Entspricht etwa dem Gewicht von 660 kg auf 10 cm.
s = F/D = m*g/D = 0,075 m. Der Wagen sinkt um 7,5 cm ein.
T = 2 pi Wurzel(m/D) = 0,62 s und damit f = 1,6 Hz

Aufgabe 3 - Tarzan
Tarzan (m = 90 kg) schwingt an einer 10 m langen Liane.
Berechne Frequenz und Periodendauer seiner Schwingung.
Jetzt rettet er Jane (m = 50 kg) von einem Ast und schwingt mit ihr gemeinsam. Erkläre, welchen Einfluss das auf die Periodendauer der Schwingung hat.

Schwingung eines Pendels, Tarzan ist näherungsweise ein Massenpunkt an einer masselosen Liane:
T = 2 pi Wurzel( l/g )

T = 2,1 s und f = 0,48 Hz
Keinen. Bei einem Pendel hängt die Frequenz/Periode nicht von der Masse ab sondern nur von der Länge des Pendels. Mit der zusätzlichen Masse erhöht sich zwar die Rückstellkraft aber auch die Trägheit. Beide Wirkungen gleichen sich im Quotienten m/D aus.

Aufgabe 4 - Feder-Schwere-Schwinger ohne und mit Dämpfung
Im ersten Versuch zu mechanischen Schwingungen habt ihr Massenstücke an einer Feder auf- und ab schwingen lassen.
Bei einem Versuch wird ein Massenstück mit m = 0,500 kg an eine Feder gehängt. Dabei verlängert sich die Feder um 0,50 m. Berechne Federkonstante D, Periodendauer T und Frequenz der Schwingung.
In Anschlussversuchen werden zwei Mechanismen der Dämpfung untersucht. Einmal hängt das Massenstück an einem Faden, der an einer Stange reibt. Im anderen Versuch wird an das Massenstück ein Pappkarton angebracht, der die Schwingung durch Luftwiderstand bremst. Durch ein Messverfahren wird von beiden Schwingungen der Verlauf s(t) (Auslenkung in Abhängigkeit von der Zeit) aufgenommen. Erläutere, wie sich beide Schwingungsverläufe voneinander unterscheiden.

Ausdehung und Federkonstante wie bei Tarzan, Periodendauer auch wie bei Tarzan.
Denkt beim Dämpfen dran, dass ...
... die Reibungskraft zwischen Faden und Stange immer gleich ist, egal wie schnell es sich bewegt,
... die Reibung in Luft sich deutlich abschwächt, wenn die Bewegung langsamer wird.

D= F/s = 9,8 N/m
T = 2 pi Wurzel(m/D) = 1,42 s und f = 0,705 Hz
Bei Reibung vom Faden an Stange, also der Reibung zweier fester Körper ist die bremsende Reibungskraft unabhängig von der Geschwindigkeit. Das heißt, auch wenn das Pendel schon langsam ist, wird es noch genau so stark gebremst wie am Anfang. Es kommt relativ schnell zum Stillstand.
Bei Reibung in Luft nimmt die bremsende Kraft stark ab mit der Geschwindigkeit. Ein langsamer Schwinger hat kaum noch Reibung und schwingt sehr lange weiter, wobei seine Amplitude dann kaum noch abnimmt.