Schwingungen und Wellen

Gliederung Was sind Schwingungen Die Grundgrößen Harmonische Schwingungen Beispiele für Schwingungen in der Medizin Resonanz Resonanz Beispiele Gedämpfte Schwingungen Wirkungen von Resonanzschwingungen Wie entsteht eine Welle Eigenschaften von Wellen Beispiele für Wellen in der Medizin Schwingkreis

Schwingungen, Definition Bewegung, die sich mit Hin- und Rückgang periodisch wiederholt. Mechanische Schwingungen kommen durch die Einwirkung einer Rückstellkraft auf einen Körper mit träger Masse zustande.

Schwingungen, Grundgrößen Schwingungs-dauer T Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden, gleichsinnigen Durchgängen des Körpers durch einen Bahnpunkt Frequenz  Schwingungen pro Sekunde Auslenkung s Sich ständig ändernde Entfernung des Körpers von der stabilen Gleichgewichtslage Amplitude sm Größte Auslenkung Rückstellkraft FR Kraft, die auf den ausgelenkten Körper in Richtung auf die Gleichgewichtslage wirkt

Harmonische Schwingungen Schwingungen, bei denen die Rückstellkraft FR proportional zur jeweiligen Auslenkung s ist FR = - D  s Auslenkung zum Zeitpunkt t = Maximalauslenkung  sin (Phasenwinkel)

Beispiele für Schwingungen in der Medizin Trommelfellschwingungen Atmung Herzschlag Anwendung von Ultraschallschwingungen

Resonanz Resonanz: Mitschwingen eines schwingungsfähigen Systems, wenn es durch eine Anregungsfrequenz in der Nähe seiner Eigenfrequenz f0 angeregt wird. Die Resonanzkurve eines solchen Systems gibt seine Schwingungs-amplitude in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz an. Bei einem ungedämpften, schwingfähigen System kann die Resonanz zum grenzenlosen Anstieg der Amplitude (Resonanzkatastrophe) führen.

Resonanz - Beispiele Mechanik: "Aufschaukeln" der Schwingung einer Hängebrücke in böigem Wind. Starke Vibrationen von Fahrzeugkarosserien bei bestimmten Motordrehzahlen Hydromechanik: Wellenresonanz Akustik: Mitschwingen einer (Gitarren)saite, wenn ein gleichgestimmtes Instrument ertönt. Elektrotechnik: Schwingkreis Kernphysik: Kernspinresonanz

Gedämpfte Schwingung Durch Energieverluste (Reibung, Widerstand) nimmt die Schwingungs-amplitude ständig ab. Durch Energiezufuhr im richtigen Moment kann die gedämpfte in eine ungedämpfte Schwingung umgewandelt wurden.

Wirkung von Resonanzschwingungen Schwingungen mit der Eigenschwingung des schwingungsfähigen Systems führen zur Resonanzkatastrophe

Wellen, Definition Schwingungen betreffen einzelne Massepunkte. Sind Massepunkte durch elastische Kräfte miteinander verbunden und wird einer dieser Massepunkte ausgelenkt, breitet sich die Störung durch den aus den Massepunkten gebildeten Körper aus – es entsteht eine Welle.

Eigenschaften von Wellen Amplitude Wellenlänge Ausbreitungsgeschwindigkeit Periodendauer (Schwingungsdauer) Frequenz

Beispiele für Wellen in der Medizin Schallwellenübertragung im Ohr (durch Ohrknöchelchen und Trommelfell) Stehende Wellen im Hörapparat Blutdruckwellen Übertragung der Lichtwellen im Auge (durch den Glaskörper)

Schwingkreis Eine Kombination aus Kondensator und Spule erzeugt (gedämpfte) elektrische Schwingungen, indem sich der Kondensator periodisch über die Spule auf- und entlädt. Das sich in der Spule aufbauende Magnetfeld induziert den Strom, der zur erneuten Kondensatorladung führt. Es entsteht eine Kombination aus elektrischem und magnetischem Feld.