Federpendel
Physik
Definition
Eine Schraubenfeder ist oben fest irgendwo befestigt, unten hängt ein Gewicht an ihr. Eine solche Anordnung bezeichnet man als Federpendel[1][2]. Andere Autoren beschränken das Federpendel auf den Fall, dass die Schraubenfeder horizontal (waagrecht) liegt[3]. Damit kann der Einfluss der Schwerkraft vrenachlässigt werden. Dehnt man eine senkrecht oder waagrecht angeordnete Schraubenfeder mit Gewicht etwas in die Länge, beginnt eine periodische Schwingung von unten nach oben oder von links nach rechts. Wie auch das Fadenpendel dient das Federpendel oft zur Erklärung grundlegender Eigenschaften einer physikalischen Schwingung. Das ist hier kurz vorgestellt.
Allgemeine Gleichungen für ein Federpendel
Die Gleichungen hier gelten für ein senkrecht aufgehängtes Federpendel. Die unten angehängte Masse vollzieht also eine Bewegung von unten nach oben. Ein solches Pendel wird auch Feder-Schwere-Pendel bezeichnet. Es gilt:
Formeln
- ω = √(D/m)
- T = 2·pi·√(m/D)
Legende
- ω = kleines Omega, die Kreisfrequenz [gleich 2·π·t/T] ↗
- D = die sogenannte Federkonstante ↗
- / = ein Bruchstrich als Geteiltzeichen ↗
- m = zum Beispiel in Kilogramm, die Masse ↗
- T = zum Beipsiel in Sekunden, die Periodendauer ↗
- π = das altgriechische pi als Kreiszahl ↗
- √ = das Wurzelzeichen ↗
Die Bewegungsgleichung eines Federpendels
Das Federpendel wird oft als Beispiel für die Herleitung einer Bewegungsgleichung verwendet[2, Seite 110 ff.]
Fußnoten
- [1] Oskar Höfling: Physik. Lehrbuch für Unterricht und Selbststudium. Fünfzehnte Auflage. 1994. ISBN: 3-427-41045-5. Dort wird auf Seite 194 eine Schraubenfeder als Federpendel beschrieben. Die Feder hängt senkrecht von oben herab, mit einem Gewicht unten befestigt. Auf Seite 196 wird weiter beschrieben, wie ein Federpendel, bestehend aus einer Schraubenfeder, bei dem die Rückstellkraft proportional zur Auslenkung ist, zu einer sogenannten Harmonischen Schwingung führt.
- [2] Metzler Physik. 5. Auflage. 592 Seiten. Westermann Verlag. 2022. ISBN: 978-3-14-100100-6. Dort wird auf Seite 67 anhand einer Skizze eine senkrecht herabhängende Schraubenfeder mit einem unte nangehängten Gewicht als Federpendel bezeichnet. Auf Seite 110 wird genau diese Anordnung auch Schraubenfederpendel genannt. Anhand der Anordnung wird auf Seite 67 rechnerisch gezeigt, dass über eine Schwingung hinweg die Summe aus Bewegungs- und Höhenenergie konstant bleibt.
- [3] David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker: Halliday Physik. Bachelor Edition. John Wiley & Sons. Inc. 2001. Deutsche Erstauflage von 2007. ISBN 978-3-527-40746-0. Seite 130. Dort wird eine Schraubenfeder in einer waagrechten Anordnung auf einem Luftkissenbett gezeigt.