Harmonische Schwingungen

Erste Frage Aufrufe: 500     Aktiv: 27.06.2022 um 19:40

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Hallo liebe Spezis,

ich komme bei einer Aufgabe nicht weiter bzw bin mir nicht sicher ob meine Lösung richtig ist.
Hier die Aufgabe:

Ein Körper der Masse  m=3.1kg erfährt durch eine Feder eine harmonische Schwingung. Die Federkonstante beträgt D=102Nm. Die Auslenkung x(t) und die Geschwindigkeit v(t) der Schwingung werden gemessen. Die Messung beginnt zur Zeit t=0s. Nach t=1.25s beträgt die Position der Masse auf der x-Achse x=0.135m und die Geschwindigkeit v=3.425ms.
 
 
 
a) Wie groß ist die Kreisfrequenz dieser Schwingung?
 
= 5.736 1/s
 
 
b) Welche Amplitude hat die Schwingung?
 
c) Wie groß war die Auslenkung bei t=0s?
 
d) Wie groß war die Geschwindigkeit bei t=0s?

Grundlegende Formel wäre ja hier für Aufgabe b) A*w*cos(wt*phi)
Ich habe diese Formel auch gesehen ohne den winkel phi. Kann man den vernachlässigen?
Wie wäre die Rechnung für die restlichen drei Fragen?

MfG
Martin
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1 Antwort
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a) ist richtig. Die Kreisfrequenz ist \(\omega = \sqrt{\frac{D}{m}} \)

b) Diese Formel stimmt nicht. Es gilt:
\(x(t) = A\cdot cos(\omega t + \phi) \) und
\(v(t) = -A\cdot \omega\cdot sin(\omega t + \phi) \)

Das \(\phi \) gibt die Phasenlage des Pendels beim Loslassen \((t=0)\) an. Einfach vernachlässigen darf man in Formeln natürlich nichts, sondern man muss überlegen, welche Situation in diesem Experiment vorliegt. Wird das Pendel bei maximaler Auslenkung losgelassen, ist \(\phi=0\). Wird das Pendel aus der Ruhelage heraus angestoßen, ist \(\phi=-90°\). Da in der Aufgabe leider nicht beschrieben ist, welche Phasenlage vorliegt, musst du sie wohl selbst berechnen. Du hast zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten \(A\) und \(\phi\). Damit hast du einen Rechenweg.

Wenn du damit nicht durchkommst, gibt es noch einen anderen Ansatz: Nach dem Energieerhaltungssatz ist die Gesamtenergie zu jedem Zeitpunkt der Schwingung konstant:
\(E_{kin}(t=1.25) + E_{Feder}(t=1.25) =const. = E_{Feder}(t^*) \)
wobei \(t^*\) der Zeitpunkt des maximalen Ausschlags (und der Geschwindigkeit 0) ist.
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Vielen Dank schon einmal.

Bei dem Winkel Phi habe ich somit 5,73° ausgerechnet.

Kannst du das bestätigen?

mfg
  ─   martin525 27.06.2022 um 18:49

5.73° sind genau 0,1 im Bogenmaß. Wenn du noch A ausrechnest, kannst du an den beiden Formeln selbst die Probe machen.   ─   stefriegel 27.06.2022 um 18:59

Vielen dank:)   ─   martin525 27.06.2022 um 19:40

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