Fundamentalschwingungen sind besondere Schwingungen in der Physik, die sich auf gekoppelte, schwingende Objekte beziehen.
Eigenschaften von Fundamentalschwingungen
- Fundamentalschwingungen entstehen nur, wenn es ein gekoppeltes System von zum Beispiel zwei Pendeln gibt, die miteinander gekoppelt aufgebaut sind.
- Dieses System braucht dann noch jeweils die gleiche Masse, die gleiche Länge und eine Kopplungsfeder, die den Energieaustausch ermöglicht.
- Normalerweise würde sich ein solches Pendel abbremsen. Bei einer Fundamentalschwingung entstehen aber Einzelschwingungen, die theoretisch unendlich lange und ganz gleichmäßig fortlaufen würden. Es ist nur die Reibung, die selbst solche Pendel mit Fundamentalschwingung irgendwann bremst.
Gleichphasige bzw. gegenphasige Schwingung
- Dafür müssen beide Pendel genau miteinander oder genau gegeneinander schwingen. Diese beiden Formen sind die einzigen möglichen Varianten der Fundamentalschwingungen.
- Bei einer gleichphasigen Schwingung haben die Pendel die gleichen Ausgangsbedingungen und machen daher auch synchron die gleiche Bewegung. Die Kopplungsfeder bleibt hier entspannt und es wird keine Energie übertragen, sondern sie schwingt einfach mit. Dabei handelt es sich dann um eine ungedämpfte harmonische Schwingung als erste Fundamentalschwingung.
- Die gegenphasige Schwingung tritt ebenfalls ein, wenn die Pendel die gleiche Frequenz und Amplitude haben. Sie müssen hierbei aber in die genau entgegengesetzte Richtung schwingen. Entweder bewegen sich beide aufeinander zu oder gleichzeitig voneinander weg. Hier bekommt die Kopplung allerdings durch die Feder eine zusätzliche Rückstellkraft, die nur bei dieser Fundamentalschwingung auftritt.
Der Resonanzfall liegt immer dann vor, wenn ein System durch einen Erreger mit einer Frequenz …
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