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Federpendel · Messdaten

Sinuskurven an Messwerte anpassen

Verändere die Kurven, bis sie zu den gemessenen Punkten passen. Die Messwerte stammen aus einer Videoanalyse.

Alle 79 Messwerte ansehen

Die Werte aus der Viana-Datei stehen hier in Dezimalschreibweise. Fehlende Werte sind mit „—“ markiert.

Zeit t / sOrt y / mGeschwindigkeit vᵧ / m/s
00,0006493—
0,033330,014710,4219
0,066670,027670,3888
0,10,038870,336
0,13330,047590,2615
0,16670,053940,1905
0,20,056850,08726
0,23330,05647-0,01148
0,26670,05323-0,09708
0,30,04676-0,194
0,33330,03756-0,276
0,36670,02651-0,3317
0,40170,01384-0,3619
0,4350,00009519-0,4123
0,4683-0,01381-0,4171
0,5017-0,02718-0,4011
0,535-0,03902-0,3553
0,5683-0,04861-0,2876
0,6017-0,05553-0,2076
0,635-0,05902-0,1047
0,6683-0,058540,01445
0,7017-0,053940,1378
0,735-0,046820,2136
0,7683-0,036430,3119
0,8017-0,023830,3778
0,835-0,009460,4312
0,86830,0047380,4259
0,90170,018530,4137
0,9350,031260,3819
0,96830,042310,3315
1,0020,051190,2665
1,0350,056520,1599
1,0680,0590,07435
1,1020,05808-0,02768
1,1350,05328-0,1439
1,1680,04541-0,2362
1,2020,0353-0,3033
1,2350,02364-0,3499
1,2680,01024-0,402
1,302-0,003731-0,419
1,335-0,01759-0,4159
1,368-0,03025-0,3797
1,402-0,04112-0,3262
1,435-0,04966-0,2562
1,468-0,05498-0,1596
1,502-0,05677-0,05373
1,535-0,0550,05315
1,568-0,049830,1551
1,602-0,041930,2371
1,635-0,031120,3242
1,668-0,018470,3797
1,702-0,0050690,4019
1,7350,0088720,4182
1,7680,022110,397
1,8020,034090,3595
1,8370,044150,2875
1,870,051560,2222
1,9030,056410,1456
1,9370,058080,05003
1,970,05631-0,0529
2,0030,05113-0,1554
2,0370,04275-0,2514
2,070,0323-0,3136
2,1030,01965-0,3795
2,1370,005916-0,4121
2,17-0,008655-0,4371
2,203-0,02265-0,4199
2,237-0,03524-0,3776
2,27-0,04592-0,3203
2,303-0,05378-0,236
2,337-0,05843-0,1394
2,37-0,05929-0,02573
2,403-0,055910,1013
2,437-0,049550,1907
2,47-0,04020,2805
2,503-0,028620,3476
2,537-0,015440,3952
2,57-0,0016850,4128
2,6030,011960,4093

1. Ort \(y(t)\)

Stelle die Amplitude und die Periodendauer so ein, dass die Sinuskurve den Messpunkten folgt. Hier passt der Start bei \(t=0\) fast zu \(y=0\).

\(y(t)=\hat y\sin\bigl(\frac{2\pi}{T}t\bigr)\)

Messwerte Dein Modell

2. Geschwindigkeit \(v_y(t)\)

Stelle hier ebenfalls Amplitude und Periodendauer ein. Mit der Anfangsphase \(\varphi_0\) verschiebst du die Sinuskurve. Stelle sie in Vielfachen von \(\pi\) ein.

\(v_y(t)=\hat v_y\sin\bigl(\frac{2\pi}{T}t+\varphi_0\bigr)\)

Messwerte Dein Modell

3. Beschleunigung \(a(t)\)

Die Beschleunigung zeigt, wie schnell sich \(v_y\) ändert. Die schwarzen Punkte sind aus den Geschwindigkeitsmesswerten berechnet: Für jeden Zeitpunkt verwenden wir die Steigung einer Geraden durch bis zu fünf benachbarte Werte. So wirken kleine Messschwankungen weniger stark. Stelle wieder Amplitude, Periodendauer und Anfangsphase ein.

\(a(t)=\hat a\sin\bigl(\frac{2\pi}{T}t+\varphi_0\bigr)\)

Berechnete Beschleunigung Dein Modell

4. Vergleiche Ort, Geschwindigkeit und Beschleunigung

Vergleiche dieselben Zeitpunkte in allen drei Diagrammen. Was geschieht mit \(v_y(t)\) und \(a(t)\), wenn \(y(t)\) einen Hochpunkt, einen Tiefpunkt oder eine Nullstelle hat? Achte bei der Nullstelle darauf, ob \(y\) steigt oder fällt.

Deine drei eingestellten Modellkurven · gemeinsame Zeitachse

Lösung anzeigen
Ort \(y(t)\)Geschwindigkeit \(v_y(t)\)Beschleunigung \(a(t)\)
Hochpunkt: größte positive AuslenkungNullstelle: \(v_y=0\)Negativer Tiefpunkt: stärkste Beschleunigung zurück zur Ruhelage
Tiefpunkt: größte negative AuslenkungNullstelle: \(v_y=0\)Positiver Hochpunkt: stärkste Beschleunigung zurück zur Ruhelage
Nullstelle, \(y\) steigtPositiver Hochpunkt: schnellste Bewegung aufwärtsNullstelle: \(a=0\)
Nullstelle, \(y\) fälltNegativer Tiefpunkt: schnellste Bewegung abwärtsNullstelle: \(a=0\)

Beim idealen Federpendel sind \(y\) und \(a\) entgegengesetzt: \(a=-\omega^2y\). Die Beschleunigung zeigt immer zur Ruhelage. \(v_y\) ist gegenüber \(y\) um ein Viertel der Periodendauer \(T/4\) verschoben. In unseren berechneten Punkten sind kleine Abweichungen durch die Messung zu erwarten.