Federpendel und Fadenpendel - der Unterschied physikalisch erklärt

Fadenpendel - Vorbild für die Zeitmessung

• Schon Galilei benutzte (so jedenfalls die Anekdoten) ein Fadenpendel, um mit der nahezu gleichmäßigen Schwingung dieses Pendels Zeiten bei seinen Experimenten zu messen. Angeblich soll ihn sogar der schwingende Kronleuchter im Dom zu Pisa auf diese Idee gebracht haben.
• Und auch heute noch haben viele mechanische Uhren ein Pendel definierter Länge, dessen Schwingung den Zeittakt vorgibt.
• Physikalisch besteht solch ein Fadenpendel aus einer (nicht allzu leichten) Masse, die frei schwingend an einem (reißfesten) Faden befestigt ist.
• Die Schwingungsdauer solch eines Fadenpendels, das letztendlich angehoben und durch freien Fall zum Schwingen gebracht werden kann, hängt nur von der Länge des Fadens ab: Je kürzer dieser ist, umso kürzer ist auch die Schwingungsdauer.
• Daher hat auch ein Sekundenpendel eine genau definierte Länge, die knapp 1 m (genau 99,04 cm) beträgt. Es benötigt für eine Halbschwingung 1 Sekunde.


Erwünschte Resonanz - ein Beispiel aus dem Alltag physikalisch erklärt

Wer kennt nicht das Video, bei dem die Tacoma-Brücke durch Resonanzschwingungen in Stücke bricht? …

Das Federpendel findet Anwendung bei der Kraftmessung

• Auch wenn dieser Schwinger ebenfalls "Pendel" heißt, ist sein Aufbau doch grundlegend anders: Hier hängt eine Masse an einer senkrecht aufgehängten Spiralfeder.
• Einfache Kraftmesser benutzen solch ein Federpendel. Zieht eine Kraft an der Feder, so dehnt sie sich umso mehr, je größer diese Kraft ist.
• Einmal nach unten ausgelenkt (oder nach oben gestaucht), beginnt auch das Federpendel mit Schwingungen. Hier jedoch schwingt die angehängte Masse auf und ab, wobei die Feder einmal gedehnt, dann gestaucht wird.
• Die Schwingungsdauer des Federpendels hängt ab von der Federkonstanten (ein Maß für die Dehnfähigkeit der Feder unter Krafteinwirkung) und der angehängten Masse, die beim Fadenpendel keine Rolle spielte.
• Dabei schwingt die Feder schneller, wenn man die Federkonstante erhöht (die Rückstellkraft ist dann nämlich größer). Und mit zunehmender Masse wird das Federpendel träger und langsamer, die Schwingungsdauer wird größer.