Versuch 19
Wir untersuchen die gekoppelten Schwingungen an zwei identischen physikalischen Pendeln mit variabler Federkopplung.
Motivationsvideo
(Die in den Videos behandelten Experimente entsprechen nicht unbedingt den Aufgaben in der Versuchsanleitung.)
Versuchsaufbau
Der Aufbau besteht aus zwei physikalischen Pendeln,
die über eine Feder miteinander gekoppelt sind.
Die Positionen der beiden Pendel werden auf einer Skala abgelesen.
Mithilfe der auf einer drehbaren Stange befestigten Arretierungshebel
können die beiden Pendel gleichzeitig aus wohldefinierten Positionen losgelassen werden.
Jedes Pendel besteht aus einer Stange und einem Zusatzgewicht,
dessen Position justiert werden kann.
Die Masse der Zusatzgewichte kann als 390(10) g angenommen werden.
Die Kopplungsfeder kann entlang der Pendelstangen verschoben und mit einer Klemmschraube fixiert werden.
Mit einer Dosenlibelle wird überprüft, ob der Aufbau korrekt ausgerichtet ist.
Die von der Kopplungsfeder ausgeübte Kraft wird mit einem Federkraftmesser gemessen.
Die relevanten Längen werden mit einem Maßband gemessen.
Die Schwingungsdauern werden mit einer digitalen Stoppuhr gemessen.
Akustische Schwebungen
Die Überlagerung von zwei sinusförmigen Wellen (oben),
deren Frequenzen sich geringfügig unterscheiden,
führt zu einer Schwebung (unten).
Für Schallwellen ist das besonders anschaulich:
Die Überlagerung von zwei ähnlichen Tönen
führt zu einem Mischton mit periodisch ab- und zunehmender Lautstärke.
Das klingt beim Zusammenklang von benachbarten Tönen seltsam,
kann aber beim Stimmen von Instrumenten nützlich sein.
Wikipedia-Artikel mit akustischen Beispielen:
🔗 https://de.wikipedia.org/wiki/Schwebung
Optische Schwebungen
Spektrum einer Th-Ar-Lampe (Channel A)
mit einem Frequenzkamm (Channel B)
zur Kalibration [Hänsch, LMU].
🔗 http://www2.mpq.mpg.de/~haensch/
Die Frequenzen f ~ 500 THz bzw. Schwingungsdauern T ~ 2 fs von Licht im sichtbaren Bereich können nicht direkt gemessen werden. Überlagert man zwei Laserstrahlen, deren Frequenzen sich um df < 100 GHz unterscheiden, beobachtet man eine Schwebung mit Frequenz df, die mit einer schnellen Photodiode messbar ist.
Die Schwebung verbindet also eine Frequenzdifferenz des sichtbaren Lichts mit einer messbaren Frequenz im Mikrowellen- oder Radiobereich. In Form eines Frequenzkamms hat diese Technik grundlegende Bedeutung für die optische Metrologie, insbesondere als Frequenzkalibrierung und für optische Uhren.
🔗 https://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzkamm
🔗 https://de.wikipedia.org/wiki/Atomuhr
Letzte Änderung 20.11.2023 10:34:12