• 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?
2
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 .

3
Ist die Schwingung:
  • harmonisch
  • nicht-harmonisch
  • gedämpft
  • ungedämpft
  • erzwungen
  • frei
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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.

( 1 Hz=1s )\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{526060}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} (\ 1\ Hz= \frac{1}{s}\ )
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.

_________________
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.