ph_11


2. Halbjahr: Schwingungen

Hinweise zur 2. Klausur in Q2 (17.05.2019)

 

 

Anforderungen (nach KCGO-Physik)

  • Wellen
    • Ausbreitung und Reflexion
    • Seilwellen, Wasser- und Schallwellen
    • Grundgleichung c = f ⋅  λ
    • Wellendarstellung im x-y Diagramm
    • Verstärkung und Auslöschung zweier Punkterreger (Gangunterschied Δs, Maxima und Minima)
      Verstärkung, wenn Δs = n ⋅  λ; Auslöschung, wenn Δs = (2n  + 1) ⋅  λ/2;
    • Stehende Wellen (zwischen festen / losen Enden)

Aufgaben:

  1. Zeige, dass für größere Entfernungen und kleine Winkel ("Kleinwinkelnäherung") aus dem Sinussatz
    sin α / sin γ = Δs / d folgt:  Δs =  d  ⋅ sin α. (Kuhn, S: 151)
  2. Erläutere, wieso wir bei einem Gangunterschied zweier Quellen P und Q zum jeweiligen Wellenempfänger für Δs = λ Verstärkung und für  Δs = λ/2 Abschwächung erwarten müssen.
  3. Berechne S. 149 Nr. 3 und 6
    • Zu 3: Oktave: 2 :1. Die obere Frequenz ist also doppelt so hoch wie die niedrigere. 12 gleiche Interevalle bedeutet gleiche Frequenzverhältnisse, Also muss das Verhältnis benachbarter Halbtöne oder Frequenzen die 12. Wurzel aus 2 sein. Die Längen benachbarter Orgelpfeifen müssen sich (bei offenen Pfeifen)  um die 12. Wurzel aus 2 verkleinern.
    • Zu 6. Es sollten die Töne (220,) 440, 660, 880, 1100 Hertz auftreten. Intervalle sind nicht Gegenstand der Klausur
  4. Berechne S. 146 Nr. 1 und 4.
    • Nr. 1: Die Gleichung zur Überlagerung lautet sin α + sind β = 2  sin ((α+β)/2) cos ((α-β)/2)
      Die resultierende Welle ist dann: 2 
      sin (ωt) cos ((- k  x) mit k = 2 π / λ und  ω = 2 π f.
       
    • Nr. 4: Bei gegenphasiger Schwingung ist die Entfernung zwischen  den Trommelfellen (Ohr) gerade eine halbe Wellenlänge (wieso?). Bei einem Trommelfellabstand von 15 cm ergibt sich ca. 1000 Hz.

Lösungen folgen demnächst hier...

Gegeben ist eine Wellenfeld zweier senkrecht nebeneinander stehenden Stimmgabeln an P und Q (f = 440 Hz; c = 340 m/s; Abstand d = 2 m)

  1. !! Berechne λ und ermittle die Stellen x in wagrechter Verlängerung bei denen Verstärkung oder Abschwächung auftritt:

Leifi

  1. Stimmen einer Gitarre (Hinweis: Eine Quarte hat das Frequenzverhältnis 3:4) ohne die Aufgaben zur wohltemperierte Stimmung! Lass bei 1b) die g- und  h-Saite weg!
  2. Interferenz zweier Lautsprecherboxen (Vorsicht: Die Lautsprecher schwingen gegenphasig. Berücksichtige das bei dem notwendigen Gangunterschied.

Hinweise zur 1. Klausur in Q2

Erwartungshorizont (Auszug aus der KCGO für das Abitur 2020)

– Schwingungen als periodischer Vorgang
– charakteristische Größen (Elongation [=Auslenkung], Amplitude, Schwingungsdauer, Frequenz)
– Energieformen, Energieerhaltung
– zeitlicher Verlauf der Schwingung
– Federpendel, Fadenpendel (mit Kleinwinkelnäherung:α < 10°)
– Formeln für die Schwingungsdauer (Erarbeiten der Abhängigkeiten für ein Beispiel im Schülerexperiment)
– Schwingungsgleichung y(t)= y0 ⋅sin (ω⋅t)
– lineare Rückstellkraft als Kriterium für harmonische Schwingungen
– Energieumwandlung an Beispielen (Berechnung der verschiedenen auftretenden Energieformen)
– elektromagnetischer Schwingkreis, charakteristische Größen (Schwingungsdauer, Frequenz, Amplituden maxmax, UI)
[ Gegenüberstellung der Energieformen von elektromagnetischer und mechanischer Schwingung ]
– Dämpfung (als Erweiterung der reibungsfreien Idealisierung, Abnahme der Amplitude, nur qualitativ)
– Resonanzphänomene
– erzwungene Schwingung (nur qualitativ, Veranschaulichung durch Experimente, Eigenfrequenz, Resonanzkatastrophe mit Anwendungsbezug)

  dazu optional: Oszillator zur Erregung von Schwingungen

  Eine hervorrragende Darstellung unseres Unterrichtsversuches findet sich in:
  Leifi Physik / Elektromagnetischer Schwingkreis

Der Versuch als Videofilm in "www.physiksaal.de"  (ca. 40 Sekunden)

Aufgben und Lösungen:

Kuhn, Aufgaben

Einfache Schwingungsgrößen: S. 110, Nr. 2

Schwingungen, Feder- und Fadenpendel: S.

114 Nr. 2 (Tipp: Es genügt für euch, die einfache Federkonstante (Feder ohne Pendel-Auslenkkraft) zu rechnen).

Gegeben:  
m 1 kg
l 1 m
T 20 s
Gesucht:  
D = ??? N/m

Nr. 4 (ohne Berechnung der Kraft, Tipp: Die Höhe berechnet man mit h = l * ( 1-  cos (φ) )

Gegeben:    
v0 10 m/s
l 1 m
m 1 kg
     
Winkel    
30°, 90°, 120°, 180°  
Gesucht:    
v (phi)    

Resonanz: S. 118, Nr 1:

Gegeben:  
f 0,8 Hz
s 8 m
Gesucht:  
T   s
v   m/S
und v in  

km/h

S. 118, Nr. 2  
Gegeben:  
v 120 km/h
Reifen 60 cm
Gesucht:  
Umfang   m
v   in m/s
T   in s
f   in Hz

Rückkoppelung: S. 121, Nr. 1 und 4

siehe Textaufgabe, Buch; Lösungen hier (vergrößern):

1. Erzwungene Schwingung (muss nicht die Resonanzfrequenz des schwingungsfähigen Systens anregen):

Das System erhält periodisch (ideal sinus- / cosinusförmig) eine Energiezufuhr

Selbsterregte Schwinger schwingen selbstständig, da sie per Selbststeuerung (Rückkoppelung) periodisch Energie aufnehmen

4. Resonanz: Erregerkraft und Pendelgeschwindigkeit müssen in Phase sein, da die Reibungsgskraft prop. zu vio wirkt und dem System Energie entzieht.

Formal kann man auch argumentieren, dass die Leistungsaufnahme P = F x v nur dann maximal ist, wenn F und v in Phase (also beide etwa cosinusförmig sind) sind.

Wären F und v um 90° versetzt (sin x cos), dann würde immer wieder Energie zum Anreger zurück fließen.

 

Lösungen  als Excel Datei und als PDF-Datei

 Die Autofederung: (Bild aus wikipediaFederung: Schwingungsdämpfer (Wikipedia)

Beispielaufgabe mit Lösungen (PDF / Excel)

Klausur 23.11.18 (1. Halbjahr):

Magnetische (und elektrische) Felder:

Lösungen (zum KUHN Buch) und eine kleine Formelsammlung  in dieser PDF Datei!!

Auch zum Nachschreiben: Folgender Stoff kommt dran...

Inhalt Buch-seiten
(ab 17:00)
Link auf LeiFi
(
Aufgaben
 
(1) Glühelektrischer Effekt, (2) Braunsche Röhre S. 225 - 227

zu LeiFi (1)
zu LeiFi (2)

Leifi Glühkathode
Elektronen im elektrischen Feld S: 226 LeiFi
(auch B-Feld)
LeiFi (qualitativ)

nochmal LeiFi
(Rechnung)

 
"Magnetfelder" (B-Feld) Basiswissen aus Sek I S. 237 LeiFi S. 238, 1 + 3
Denksport (LeiFi)
(1) Lorentzkraft (Linke Hand Regel) und
(2) Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter
(1) S.238-239 +245
(2) S.  243-244
  S. 245 Nr. 2
(1) B-Feld einer langen Spule;
(2) B-Feld eines langen Drahtes (Linke Faust-Regel)
und Definition des Ampere.
S. 240+247
(2): LeiFi
(ganz unten!)
zu LeiFi (1)
zu LeiFi (2)
S. 248, Nr. 4
B-Feldmessung nach dem Hallprinzip
und WIEN Filter
Nur S. 246 LeiFi bei LeiFi
Basiswissen: Woher weiß ich von "Elektronen"? Nur S. 223 LeiFi:
Millikan
S. 224, Nr. 6a

Rückfragen per Formular

Alte Klausur:

Inhalte:

Gewitter: Gefahren, Schutz vor Blitzschlag

Ladung, Strom, Spannung, el. Leistung, el. Arbeit:

Größendefinition, EInheiten, Bedeutung.

Elektrisches Feld:

Definition, Feldformen,Berechnung eines homogenen Feldes.

El. Kräfte im Feld:

Kräfte im Feld und am Ladungspendel

Die Columbkraft: Nur die Formel (F ~ q1 q2 / r²)

Kondensator:

Aufbau, Berechnung, Anwendung, Energieinhalt.

Formeln: vgl. das Blatt "Größen und EInheiten" - hier als PDF

Übungsaufgaben (mit Lösungen - Fragen dazu gerne im Unterricht): ... als PDF (aus Metzler)

Lösungen Klausurübung vom 21.09.2018:

Als Excel Datei  ---. als PDF

Rückfragen per Formular

Klausurlösungen und Notenspiegel zur Rückgabe am 15.10.18 (PDF-Datei)

Bewegung von geladenen Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern

Auch auf LeiFi: Glühelektrischer Effekt , sowie Braunsche Röhre:

 

Lösung der Hausaufgebe und Stunde vom 26.10.18 8(Kuhn 2 (12/13; Elektronenablenk-Röhre) S: 226f (Excel-Datei)

Link zu LeiFi: