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TUM School of Natural Sciences |
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Verschiedene Zeitmesser (Sekundenpendel, Stimmgabel, Sanduhr)
Kurzbeschreibung
Bei einem Sekundenpendel handelt es sich um ein Fadenpendel der Länge 0,994m mit einer Stahlkugel als Pendelkörper, welches für eine Halbschwingung genau eine Sekunde benötigt. Man zählt 10 volle Schwingungen und misst die Zeitdauer mit einer elektronischen Stoppuhr. Die Länge des Pendels ergibt sich aufgrund der Pendellänge l und der Erdbeschleunigung g.
Die Länge des Pendels für eine definierte Halbschwingung lässt sich also mit folgender Formel berechnen.
Für das Sekundenpendel mit T1/2 = 1s und 9,81m/s2 ergibt sich also eine Länge von 0,994 m Tatsächlich sind obige Formeln nicht exakt richtig, da die Schwingungsdauer auch schwach von der Amplitude abhängt, wie wir in Versuch1001 zeigen. 1790 wurde ein Sekundenpendel als erste Definition des Meters benutzt, bis diese im Jahre 1794 durch die geographische Definition (1 m = 1/10.000.000 der Länge des durch Paris verlaufenden Meridianquadranten) abgelöst wurde. Seit 1983 wird ein Meter als „die Strecke, die das Licht im Vakuum in einer Zeit von 1 / 299.792.458 Sekunde zurücklegt" definiert.
Sanduhr:
Eine kleine Spielzeugsanduhr wird im Schatten oder mit der Kamera gezeigt.
Stimmgabel:
Eine Stimmgabel besteht üblicherweise aus Metall und ist wie eine Gabel mit zwei Zinken geformt.
Durch das Anschlagen einer der Zinken wird die Eigenschwingung der Stimmgabel angeregt. Dabei schwingen die beiden Zinken gegensinnig und erzeugen einen obertonarmen Klang.
Durch die Bewegung der Zinken wird die Luft in Bewegungsrichtung verdichtet. Beim Zurückschwingen kehrt sich die Dichteverteilung in Beobachtungsrichtung um. Die sich wellenförmig ausbreitenden Druckunterschiede nehmen wir als Schall wahr, welcher von einem Mikrofon aufgenommen und mit einem
Digitalzähler jeweils eine Sekunde lang mehrmals gezählt wird.
Zur Sichtbarmachung der Stimmgabelschwingung kann zusätzlich ein Stroboskop verwendet werden, welches mit einer Frequenz nahe der Stimmgabelferquenz betrieben wird
Zu beachten ist, dass hierbei nicht die tatsächliche Schwingung der Stimmgabel, sondern lediglich die Überlagerung der beiden Wellen zu betrachten ist
Die Schwingungen zweier Stimmgabeln (440Hz und 1700Hz) werden über ein Mikrofon aufgenommen und mit einem
Digitalzähler jeweils eine Sekunde lang mehrmals gezählt.
Betriebsanweisungen: Elektrogeräte
