• Experiment: Schwingungsdauer eines Oszillators
  • Dylan Mackay
  • 30.06.2020
  • Physik
  • 10
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Ziel des Ex­pe­ri­men­tes

Es soll ex­pe­ri­men­tell er­mit­telt wer­den, wovon die Schwin­gungs­dau­er (und damit auch die Fre­quenz) eines schwin­gen­den Sys­tems (auch Os­zil­la­tor ge­nannt) ab­hängt.

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Baue dei­nen Os­zil­la­tor auf, und lasse ihn pro­be­wei­se ei­ni­ge Male schwin­gen.
  • Wie be­zeich­net man die­sen Typ Os­zil­la­tor? _________________________________________
  • Mache dir an­hand dei­nes Os­zil­la­tors klar: Was sind hier Aus­len­kung, Am­pli­tu­de, Pe­ri­oden­dau­er und Fre­quenz?
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No­tie­re dir: Was be­deu­ten die fol­gen­den Be­grif­fe? Wie lau­tet je­weils das For­mel­zei­chen für diese Größe? In wel­cher Ein­heit wird sie je­weils ge­mes­sen?

Die Aus­len­kung .

Die Am­pli­tu­de .

Die Pe­ri­oden­dau­er .

Die Fre­quenz .

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Ist die Schwin­gung:
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Messe mit einer Stopp­uhr die Zeit, in der 10 voll­stän­di­ge Schwin­gun­gen er­fol­gen.

Ge­mes­se­ne Zeit: Se­kun­den.

Die Pe­ri­oden­dau­er T be­trägt somit Se­kun­den.

Die Fre­quenz f be­trägt Hz.

Jetzt geht's erst rich­tig los!

Das Bis­he­ri­ge waren die Ba­sics. Ab hier be­ginnt das ei­gent­li­che Ex­pe­ri­ment.

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Er­stel­le eine Hy­po­the­se: Wel­che Pa­ra­me­ter könn­te man än­dern, um die Pe­ri­oden­dau­er der Schwin­gung zu ver­län­gern oder zu ver­kür­zen?
  • Deine Ver­mu­tun­gen: ________________________________________________________________
  • Ex­pe­ri­men­tie­re! Än­de­re einen Pa­ra­me­ter (nur einen!), und be­ob­ach­te, ob sich dabei eine Ver­än­de­rung in der Pe­ri­oden­dau­er und in der Fre­quenz er­gibt. Än­de­re einen an­de­ren Pa­ra­me­ter. No­tie­re deine Er­kennt­nis­se:
Pa­ra­me­ter

Eine Größe, die einen Ein­fluss auf die zu mes­sen­de Größe (hier Pe­ri­oden­dau­er) hat.

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Be­wei­se nun ex­pe­ri­men­tell, dass deine (an­ge­pass­te) Hy­po­the­se stimmt! Dazu musst du zei­gen, in wel­chem Zu­sam­men­hang die Pe­ri­oden­dau­er T mit dem von dir ge­wähl­ten Pa­ra­me­ter (oder Pa­ra­me­tern) steht: Pro­por­tio­nal? Anti-​proportional? Was an­de­res?
  • Führe nun für jeden zu än­dern­den Pa­ra­me­ter eine Mess­rei­he durch. (Ggf. müsst ihr einen zwei­ten Ar­beits­bo­gen oder ein ei­ge­nes Blatt für die Mess­da­ten ver­wen­den.)
  • Bei jeder Mes­sung soll­test du die Pe­ri­oden­dau­er drei­mal mes­sen, und dar­aus den Mit­tel­wert bil­den. So kannst du Mess­feh­ler mi­ni­mie­ren.
  • Lege vor­her fest, in wel­chem Be­reich du dei­nen Pa­ra­me­ter än­dern wirst. D.h.: Wie groß wird der Pa­ra­me­ter ma­xi­mal? Wie klein wird er mi­ni­mal?
  • Wähle in die­sem Be­reich ge­nü­gend Zwi­schen­wer­te. Deine Mess­ta­bel­le soll­te min­des­tens 6 ver­schie­de­ne Mess­wer­te für Pa­ra­me­ter und Pe­ri­oden­dau­er haben.

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in ______________

T1

in s

T2

in s

T3

in s

Tmit­tel

in s

Mess­wer­te Pa­ra­me­ter 1
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Wel­che Grö­ßen wur­den bei der Mes­sung (oben) nicht ver­än­dert? Messe und no­tie­re auch diese Grö­ßen; sie könn­ten bei der spä­te­ren Aus­wer­tung wich­tig sein.

Aus­wer­tung

Jeder Teil­neh­me­rIn er­stellt ein ei­ge­nes Pro­to­koll. Dazu ge­hö­ren:
- Eine Zeich­nung und Be­schrei­bung des Ver­suchs­auf­baus.
- Ein Satz, der prä­zi­se de­fi­niert was bei dei­nem Os­zil­la­tor die Aus­len­kung ist.
- Ein Dia­gramm, das den Ver­lauf der Aus­len­kung über eine Zeit von drei Pe­ri­oden­dau­ern zeigt. Die Ach­sen soll­ten kor­rekt be­zeich­net und ska­liert sein. Mar­kie­re im Dia­gramm auch die Am­pli­tu­de.
- Ein Satz, der die Art der Schwin­gung be­schreibt (frei/er­zwun­gen, ge­dämpft, har­mo­nisch, usw.).

- Eine Mes­sung der Pe­ri­oden­dau­er T und der da­zu­ge­hö­ri­gen Fre­quenz f.

- Eine Ver­mu­tung (Hy­po­the­se) über den Zu­sam­men­hang zwi­schen T und einem Pa­ra­me­ter.

- Eine Mess­ta­bel­le, die zeigt wel­cher Pa­ra­me­ter ver­än­dert wurde, und wel­chen Ein­fluss das auf die Pe­ri­oden­dau­er hatte.

- Ein Dia­gramm, wel­ches die Ab­hän­gig­keit die­ser bei­den Grö­ßen gra­fisch dar­stellt.

- Ein Dia­gramm und/oder eine ta­bel­la­ri­sche Rech­nung, wel­che den ma­the­ma­ti­schen Zu­sam­men­hang zwi­schen den bei­den Grö­ßen be­legt (Pro­por­tio­na­li­tät o.ä.).

-Eine ab­schlie­ßen­de Be­ur­tei­lung der Er­geb­nis­se, ggf. mit Feh­ler­ana­ly­se.

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