Gerhard Jenders
03.06.2009

Gedämpfte Schwingungen und Resonanz

Wenn man es beim Thema Schwingungen über die einfache Sinus-Kurve hinaus genauer wissen möchte, reichen die zur Verfügung stehenden Hilfsmittel der Schulmathematik nicht aus. Die hier vorgestellten Java-Applets ermöglichen exakte Untersuchungen der Phänomene unter Umgehung der Lösung von Differenzialgleichungen, die in dieser Phase nicht auf dem Lehrplan stehen.
 

Harmonische Schwingungen gehören zu den grundlegenden Themen der Oberstufenphysik. Es bietet sich daher an, hier nicht nur bei der einfachen Schwingung stehen zu bleiben, sondern Dämpfung und Resonanz gründlich zu behandeln. Beide Phänomene werden zum Beispiel beim Thema Schwingkreis wieder benötigt. Weil die Schülerinnen und Schüler Differenzialgleichungen in dieser Phase des Unterrichts in der Regel noch nicht beherrschen, kann hier - nach der Formulierung des physikalischen Ansatzes, der auf einfachen mechanischen Grundlagen beruht - auf den "Computer als Rechenknecht" zurückgegriffen werden. Voraussetzung für die Durchführung dieser Unterrichtseinheit ist, dass die ungedämpfte Schwingung im Unterricht bereits untersucht und formelmäßig beschrieben wurde.

 

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • den Einfluss der Dämpfung auf eine harmonische Schwingung beschreiben können.
  • den Begriff "Halbwertzeit" erläutern und Halbwertzeiten berechnen können (optional).
  • die äußere Anregung einer Schwingung mit einer Formel beschreiben können.
  • das Verhalten schwingungsfähiger Systeme bei äußerer Anregung in Abhängigkeit von der Dämpfung beschreiben können.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaGedämpfte Schwingungen und Resonanz
AutorGerhard Jenders
FachPhysik
ZielgruppeJahrgangsstufe 11 und 12
Zeitraum3 Stunden
Technische VoraussetzungenRechner mit Internet-Browser, Java-Runtime-Environment (kostenfreier Download)

Didaktisch-methodischer Kommentar

Der HTML-Text der hier angebotenen Materialien kann von jeder Lehrkraft recht einfach an die Gegebenheiten und Anforderungen des eigenen Unterrichts angepasst werden. Nach dem Herunterladen und Entpacken der Materialien können die HTML-Seiten zum Beispiel mit dem SeaMonkey-Composer von Mozilla (siehe Zusatzinformationen) bearbeitet und dann dem Kurs zur Verfügung gestellt werden. Dadurch kann den Schülerinnen und Schülern die gewünschte Menge an Erläuterung gegeben und die Themen im Verlauf einer Unterrichtsstunde behandelt werden. Alternativ können die Lernenden die Java-Applets auch als Hausaufgabe oder im Rahmen des Selbststudiums bearbeiten.

  • Hinweise zum Einsatz der Java-Applets
    Anregungen zum Einsatz der Java-Applets zur gedämpften harmonischen Schwingung sowie zu angeregter harmonischer Schwingung und Resonanz mit Screenshots

Internetadressen

Zusatzinformationen

Informationen zum Autor

Gerhard Jenders unterrichtet an der Gesamtschule in Waldbröl (Nordrhein-Westfalen) die Fächer Physik und Mathematik. Java-Applets des Autors zu verschiedenen Themen sowie eine Präsentation zur Lorentz-Kraft als einer relativistischen Folge der elektrischen Kraft finden Sie auf der Seite Physik-Applets für die Schule.

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