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Versuchsdurchführung
Ein „Unruhe“-ähnliches Drehpendel besteht aus einem Kupferring von ca. 20 cm Durchmesser. Die Rückstellkraft wird von einer aufgewickelten Blattfeder erzeugt. Mit einem Elektromagneten kann durch Wirbelströme eine variable Dämpfung eingestellt werden. Das Drehpendel kann über eine „Pleuelstange“ von einem Elektromotor variabler Drehzahl zu erzwungenen Schwingungen angeregt werden
a) Freie Schwingung
Bei der freien Schwingung wird die Kupferscheibe per Hand angestoßen. Durch die freie Schwingung kann die Eigenfrequenz des Rades bestimmt werden.
\( f_0= \frac{1}{T_0}\approx 0,5Hz \)b) Freie Schwingung mit Dämpfung
Durch Zuschalten des Elektromagneten, kann der aperiodische Grenzfall dargestellt werden. Je nach Dämpfung können verschiede Überschwingungen erzeugt werden. Durch Hinzunahme eines starken Dauermagneten kann der Kriechfall eingestellt werden.
c) Schwingung mit Erregerfrequenz kleiner als die Eigenfrequenz
Über die Drehzahl des Elektromotors kann die Erregerfrequenz eingestellt werden. Ist diese Erregerfrequenz kleiner als die Eigenfrequenz \( \omega << \omega_0\), dann sind die Schwingungen in gleicher Phase, \(\varphi\approx0\)
d) Schwingung mit Erregerfrequenz gleich der Eigenfrequenz
Ist die Erregerfrequenz \(\omega=\omega_0\), dann tritt der Resonanzfall ein. Die Phasenverschiebung beträgt hierbei \(\varphi=90°=\frac{\pi}{2}\)
e) Schwingung mit Erregerfrequenz größer als die Eigenfrequenz
Ist die Erregerfrequenz größer als die Eigenfrequenz \(\omega>>\omega_0\), dann sind die Phasen gegenläufig, \(\varphi\approx180°\)