LK 12.2 - Mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Wellen

  1. Mechanische und elektromagnetische Schwingungen
    1. Harmonische Schwingungen (Das sind Schwingungen, deren Zeit-Elongations-Diagramm eine Sinuskurve ergibt, vgl. Buch Seite 98. Wir sind in dieses Thema direkt über die Differentialgleichungen eingestiegen. Dazu machen wir eine Wiederholungsstunde. Ihr findet auch etwas auf den Seiten 110/111.)
      1. Grundlage: lineare Rückstellkraft bei mechanischen Schwingungen (Buch S.99)
      2. Fadenpendel, Federpendel, Beispiele wie U-Rohr (lineares Kraftgesetz ideal beim Federpendel und z.B. beim U-Rohr, "Kleinwinkelnäherung beim Fadenpendel, Buch S.102)
    2. charakteristische Größen
      1. Schwingungsdauer T, Frequenz f, Kreisfrequenz ω, Amplitude A0, Elongation A(t) (Kommen in allen Aufgaben vor.)
      2. Schwingungsgleichung: A(t)=A0⋅sin(ωt+φ) (Anwendung z.B. in Aufgabe 5 auf Seite 107)
      3. Formeln für Schwingungsdauer, Energieerhaltung (Aufgabe 3 auf Seite 104, Beispiel 2 auf Seite 105, Musteraufgabe auf Seite 106, Wiederholen der Aufgaben auf Seite 107)
    3. elektromagnetischer Schwingkreis (Buch S.108)
      1. Analogien zwischen mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen (Buch S.109, Differentialgleichungen auf Seite 111, Aufgabe 1 udn 2 auf Seite 124)
      2. Phasendifferenz zwischen U und I (Buch S.109)
    4. eindimensionale Schwingungsgleichung (Damit ist einfach die Elongations-Zeit-Funktion gemeint, vgl. Buch Seite 106.)
      1. Differenzialgleichungen für ungedämpfte mechanische und elektromagnetische Schwingungen (Machen wir zusammen, sonst Aufzeichnungen und Buch Seiten 110/111.)
      2. Lösen der zugeordneten Differenzialgleichungen mittels eines Lösungsansatzes (s.o.)
      3. Dämpfungsverhalten der Form e-ktsin(ωt), (ohne Herleitung, ω≈ω0) (Buch Seite 112/113, Aufgabe 1 auf Seite 113)
    5. erzwungene Schwingungen und Resonanzphänomene (Probleme und Anwendung)
      1. erzwungene Schwingungen: mechanisch und im LC-Parallelkreis
      2. qualitative Behandlung von Resonanzkurven und Phasenverschiebungen für verschiedenen Dämpfungen (Buch Seiten 116/117 oder einfach mal ein Pendel durch Handbewegungen zum Schwingen anregen. Dabei wird besonders die Phasenverschiebung zwischen anregender Hand und Pendel duetlich.)
  2. Mechanische und elektromagnetische Wellen
    1. Erzeugung, harmonische Transversalwellen. eindimensionale Wellengleichung (Buch S.125 bis 132 einfach noch mal lesen, Vertiefung S.133)
      1. Wellenwanne, Seilwellen, Schallwellen, c=λ⋅f (s.o.)
      2. Welle als räumlich und zeitlich periodischer Vorgang, t-A- und x-A-Diagramme (s.o.. Buch S.133)
      3. eindimensionale Wellengleichung A(x,t)=A0sin 2π(t/T-x/λ) zur Beschreibung der Wellenausbreitung (s.o, Buch S1.133)
    2. Polarisation
      1. Transversal- und Longitudinalwellen
  3. Überlagerung von Wellen
    1. stehende Wellen
      1. stehende Wellen durch Reflexion, Wellenlängenbestimmung, z.B. mit dem Kundtschen Rohr
      2. festes und loses Ende
      3. Phasensprünge (phänomenologisch), Hertzdipol (Zusammenhang von λ und Dipollänge)
    2. Huygens'sches Prinzip, Reflexion, Brechung
      1. Reflexionsgesetz (Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel) und Brechungsgesetz (sinα/sinβ=c1/c2=n2/n1) als Anwendung des Huygens'schen Prinzips
      2. akustischer Dopplereffekt
    3. Beugung und Interferenz (Einfachspalt, Doppelspalt, Gitter), Spektren, Kohärenz
      1. Kohärenz als Interferenzbedingung
      2. Interferenzbedingungen an Spalt, Doppelspalt und Gitter (auch Reflexionsgitter) herleiten
      3. Interferenzen von weißem und monochromatischem Licht
      4. Maxima- und Minimabedingungen am Doppelspalt, Minima am Spalt, Maxima am Gitter (auch in Materie)
      5. Interferenz durch Reflexion von Röntgenstrahlung an Kristallstrukturen (Bragg-Reflexion)
      6. Vergleich von Gitter- und Prismenspektren
      7. elektromagnetisches Spektrum