Dieser Artikel erklärt, was Schwingungen in der Physik sind. Sie erfahren, was eine Schwingung bedeutet, Beispiele für Bewegungen, die Schwingungen erzeugen, ihre Eigenschaften und welche Arten von Schwingungen es gibt.
Was ist eine Schwingung?
Eine Schwingung ist jede Schwingung einer oszillierenden Bewegung. Mit anderen Worten: Eine Schwingung ist eine sich wiederholende Variation der Zeit eines Systems um eine zentrale Position (oder Gleichgewichtsposition).
Wenn ein Körper also eine Bewegung zwischen zwei Positionen wiederholt, schwingt er. Unter Schwingungen versteht man also jede der Hin- und Herbewegungen, die der bewegliche Körper ausführt, also die Bewegung von einem Ende zum anderen und zurück zum ursprünglichen Ende.
Beispielsweise ist die Bewegung eines Pendels eine oszillierende Bewegung und schwingt daher. Somit ist jede Bewegung, die die am Pendel aufgehängte Masse von einem Ende zum anderen macht, um zu diesem Ende zurückzukehren, eine Schwingung.
Beispiele für Schwingungen
Nachdem wir die Definition einer Schwingung kennengelernt haben, werden wir in diesem Abschnitt einige Beispiele für Bewegungen sehen, die Schwingungen erzeugen, um ihre Bedeutung vollständig zu verstehen.
Beispiele für Bewegungen mit Schwingungen:
- Die Schwingungen einer Masse hingen an einer Feder.
- Schwingungen eines Pendels.
- Die Schwingungen der Saiten einer Gitarre.
- Wellenschwingungen, die durch das Werfen eines Steins in ein Wasserbecken entstehen.
- Schwingungen elektromagnetischer Wellen.
Merkmale einer oszillierenden Bewegung
Bewegungen, die Schwingungen erzeugen, haben folgende Eigenschaften:
- Dehnung (x) : ist die Position des Körpers, der zu einem bestimmten Zeitpunkt die Schwingbewegung ausführt. Es stellt die Trennung des Körpers aus seiner Gleichgewichtsposition dar.
- Amplitude (A) : ist die maximale Ausdehnung der Schwingbewegung. Es handelt sich also um die Differenz zwischen der Maximallage und der Gleichgewichtslage.
- Schwingungsperiode (T) : Dies ist die Zeit, die der Körper benötigt, um eine vollständige Schwingung auszuführen, dh es ist die Zeit, die er für einen vollständigen Umlauf benötigt.
- Schwingungsfrequenz (f) : ist die Anzahl der Schwingungen oder Vibrationen, die der Körper pro Zeiteinheit ausführt.
- Winkelfrequenz oder Pulsation (ω) : Dies ist die Geschwindigkeit, mit der der Körper Schwingungen ausführt.
Im folgenden Bild sehen Sie die grafische Darstellung der Verlängerung einer oszillierenden Bewegung als Funktion der Zeit.
Formel für oszillierende Bewegung
Mit der folgenden Formel können Sie die Dehnung einer oszillierenden Bewegung in Abhängigkeit vom Zeitpunkt berechnen. Die mathematische Gleichung, die die Schwingungen einer oszillierenden Bewegung beschreibt, lautet also wie folgt:
Gold:
-
ist die Dehnung des Körpers, der die Schwingbewegung ausführt.
-
ist die Amplitude der Schwingbewegung.
-
ist die Kreisfrequenz oder Pulsation.
-
ist der Zeitpunkt, zu dem die Dehnung berechnet wird.
-
ist die Anfangsphase der oszillierenden Bewegung.
Arten von Schwingungen
Die Arten von Schwingungen sind:
- Freie Schwingungen : Das System schwingt von einer Seite zur anderen und würde dies auf unbestimmte Zeit bleiben, wenn es keine dissipativen Kräfte gäbe. Zum Beispiel die Schwingungen einer an einer Feder aufgehängten Masse.
- Gedämpfte Schwingungen : Die Schwingungen des Systems werden aufgrund von Reibung oder anderen Widerständen immer kleiner. Daher nimmt die Amplitude dieser Art von Schwingungen allmählich ab, bis ein Punkt erreicht wird, an dem das System aufhört zu schwingen und in seine Gleichgewichtsposition zurückkehrt. Zum Beispiel die oszillierende Bewegung eines Pendels.
- Erzwungene Schwingungen : Das System schwingt aufgrund der Wirkung einer externen periodischen Kraft, sodass das System aufhört zu schwingen, wenn die Kraft aufhört. Zum Beispiel die oszillierende Bewegung, die ein Kind auf einer Schaukel ausführt, weil es von einer anderen Person angeschoben wird.