Versuch zum Pohlschen Resonator

Hagbard · Anmeldungsdatum: 07.02.2006 Beiträge: 320 Wohnort: Augsburg

Hallo, ich habe für das kommende Praktikum die Aufgabe erhalten, einen Versuch zum Pohlschen Resonator vorzubereiten. Die Aufgabenstellung lautet:

"Bereiten Sie sich anhand einschlägiger Literatur auf den Versuch vor. Nützliche Stichworte sind:
ungedämpfte und gedämpfte Schwingung, Pohlscher Resonator, Wirbelstrombremse, Resonanz.

Bestimmen Sie für 3 verschiedene Dämpfungen die jeweilige Resonanzlage, sowie die Resonanzbedingung."

Ich verstehe noch nicht so ganz das Prinzip des Versuchs.
Bislang stelle ich mir den Versuch wie folgt vor:

Eine Drehscheibe, die eine Schneckenfeder enthält, welche gespannt wird, wenn man die Scheibe auslenkt, befindet sich in dem Magnetfeld eines Elektromagneten. Wenn nun die Scheibe ausgelenkt wird, wird ein Strom in der Schneckenfeder induziert, der so fließt, dass er seiner Entstehungsursache entgegen wirkt. Je weiter man die Scheibe also auslenkt, desto stärker ist die Dämpfung, welche die Scheibe erfährt (weil die zeitliche Änderung des Magnetfeldes stärker ist) oder?

Wenn das so wäre, dann verstehe ich in der Aufgabenstellung nicht, was mit "Bestimmen Sie zu 3 verschiedenen Dämpfungen...". Die Dämpfung ist ja von der Auslenkung abhängig und wohl auch von der Stärke des Magnetfeldes. Soll dann immer die Amplitude gleichbleiben und nur die Stärke des E-Magneten verändert werden?

Gruß

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich bin mir ziemlich sicher, dass du die Abhängigkeit der Dämpfung von der Amplitude vernachlässigen sollst.

Die Stärke der Dämpfung kannst du viel einfacher verändern, indem du zum Beispiel die Stärke des Magneten veränderst.

Und falls das kein frei einstellbarer Elektromagnet sein sollte, dann könntest du vielleicht sogar einfach einmal ohne Magnet, einmal mit je einem Magneten auf jeder Seite und einmal mit einem Magneten auf nur einer Seite drei verschiedene Dämpfungen einstellen.

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Hast du schon die "einschlägige Literatur" zu diesem Versuch gefunden? Also zum Beispiel Walcher, Demtröder, Becker/Jodl, Hering/Martin/Stohrer, ... ? Oder hast du zum Beispiel schon einmal mit dem Stichwort "Pohlsches Drehpendel" im Internet nach Anfängerpraktikums-Anleitungen der Universitäten gegoogelt?

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich glaube, mit Hilfe von schnudls Beitrag habe ich nun besser verstanden, was das Verständnisproblem bei der Dämpfung sein könnte:

Natürlich ist die Kraft, die die Schwingung dämpft, bei der Wirbelstrombremse proportional zur Geschwindigkeit, also treten bei einer Schwingung mit größerer Amplitude auch größere Dämpfungskräfte auf.

Die Dämpfungskonstante (= "der Dämpfungsfaktor") in der Schwingungsdifferentialgleichung (also die Proportionalitätskonstante zwischen Dämpfungskraft und Geschwindigkeit) hängt aber nicht von der Geschwindigkeit und damit auch nicht von der Amplitude ab. Und mit "Dämpfung" in deiner Aufgabenstellung ist diese Dämpfungskonstante, nicht die Dämpfungskraft, gemeint.

Hagbard · Anmeldungsdatum: 07.02.2006 Beiträge: 320 Wohnort: Augsburg

Danke schnudl und danke dermarkus, ich hatte einiges am Resonator selber nicht verstanden, aber jetzt weis ich, wie die Schneckenfeder, der Kupferring und der Motor zusammen hängen. Vor allem das Stichwort "Pohlsches Drehpendel" hat mir nochmal einige neue Erkenntnisse gebracht.

Rock

Gruß

Hagbard · Anmeldungsdatum: 07.02.2006 Beiträge: 320 Wohnort: Augsburg

So, den Versuch habe ich nun heute mit meinem Praktikumspartner durchgeführt und jetzt geht es an die Auswertung.
Das Problem ist, dass meine Dozentin der Ansicht ist, es wäre für uns lehrreicher, wenn niemand sein eigenes Messprotokoll zur Auswertung verwendet, sondern das eines anderen. Deswegen habe ich jetzt auch ein Messprotokoll, auf dem Messungen gemacht wurden, die ich selber nicht durchgeführt habe, weil sie meiner Meinung nach nicht der Fragestellung entsprechen; aber gut...

Meine vorläufige Auswertung ist angehängt. Ich weis nicht, in wiefern ich hier eine Fehlerrechnung durchführen muss, weil ja eigentlich mit den gemessenen Größen nicht mehr gerechnet werden muss.

Gruß

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hagbard · Anmeldungsdatum: 07.02.2006 Beiträge: 320 Wohnort: Augsburg

Die +-0,01s waren nur für die Stoppuhr. Das die menschliche Reaktionszeit bei solch einem Versuch etwa 0,1s sein könnte hätte mir vom Führerschein noch bekannt sein sollen, danke!

18,54 +- 0,01 18,26 +- 0,01 18,20 +- 0,01 18,23 +-0,01 18,22 +- 0,01
steigende Dämpfung----->

Das ist noch eine deutliche Änderung? Ich bin da wirklich ungeübt.
Was ich bei meinem eigenen Messprotokoll anders gemacht hatte war, dass ich auch das Verhalten der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von der Dämpfung untersucht hatte. Das sich die Resonanzfrequenz ändert mit der Dämpfung hätte ich nicht unbedingt vermutet.

Gruß

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hagbard · Anmeldungsdatum: 07.02.2006 Beiträge: 320 Wohnort: Augsburg

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

ab.

siehe zum Beispiel auch Gleichung ( 8 ) in

http://www.tu-chemnitz.de/physik/OFGF/pgp/mechanik/M18.pdf

Stimmt diese theoretische Voraussage mit dem experimentellen Ergebnis in diesem Versuch überein?

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Ich weiß zwar nicht, welche speziellen Anforderungen oder welche Standardanforderungen an euch in eurem Praktikum gestellt werden und welche konkreten Fragen und Aufgaben in der Praktikumsanleitung stehen und in den Testaten oder im Theorieteil eures Skriptes beantwortet werden müssen.

Aber ein kleines bisschen würde es mich schon überraschen, wenn ihr für diesen Versuch nicht die mathematische Beschreibung der gedämpften Schwingung wiederholen und fitmachen solltet. Steht die nicht zum Beispiel in der Versuchsanleitung oder in den Büchern, mit denen du dich auf diesen Versuch vorbereitet hast; wurde so etwas nicht zum Beispiel in einem mündlichen Testat am Versuchstag abgefragt, und wird es nicht verlangt, dass du im Theorieteil deines Protokolls eine Zusammenfassung mit den wichtigsten Formeln dazu gibst?

Hagbard · Anmeldungsdatum: 07.02.2006 Beiträge: 320 Wohnort: Augsburg

Hallo, ich habe mir auch gedacht, dass ich die DGL für das schwingende Rad mit Dämpfung und der Anregung durch den Motor herleiten soll, aber die Aufgabenstellung, die ich bekommen habe steht in meinem ersten Post und lautet einfach: Bereiten Sie sich anhand einschlägiger Literatur auf den Versuch vor. Nützliche Stichworte sind:
ungedämpfte und gedämpfte Schwingung, Pohlscher Resonator, Wirbelstrombremse, Resonanz.

Bestimmen Sie für 3 verschiedene Dämpfungen die jeweilige Resonanzlage, sowie die Resonanzbedingung.

Also wenn ich mir deine PDF anschaue, dann stelle ich eigentlich das Gegenteil fest. Die Periodendauer nimmt bei steigender Dämpfung ab. Laut der PDF soll aber die Eigenfrequenz sinken...

Über die Veränderung der Eigenfrequenz könnte ich aber m. M. nach nur eine Aussage machen, wenn ich die Eigenfrequenz des ungedämpften Systems bestimme, dann verschiedene Dämpfungen einstelle, und die Erregerfrequenz knapp ober/unterhalb der vorher gestoppten Eigenfrequenz einstelle und dann schaue, ob der Maximalausschlag jetzt tendenziell bei ferr > feigen oder umgekehrt ist. Diese Messung habe ich bei meinem Versuchsaufbau auch gemacht, aber jetzt hab ich halt ein anderes Protokoll.

Gruß

[Edit] Ich habe eine überarbeitete Version der Ausarbeitung hochgeladen . Den Fehler im Teil "Auswertung" habe ich noch nicht behoben.

Hagbard · Anmeldungsdatum: 07.02.2006 Beiträge: 320 Wohnort: Augsburg

Könnte mir bitte noch einmal jemand Tipps geben, was es mit der Veränderung der Eigenfrequenz des Pendels bei Dämpfung auf sich hat? Habe ich die PDF richtig interpretiert und das Versuchsergebnis steht im krassen Gegensatz zum errechneten Verhalten?

Gruß

Hagbard · Anmeldungsdatum: 07.02.2006 Beiträge: 320 Wohnort: Augsburg

So, ich habe die Ausarbeitung meiner Dozentin gezeigt und sie hatte selbstverständlich noch an ein paar Stellen Anlass zur Kritik. Ich habe jetzt versucht die Kritikpunkte zu beseitigen und bin nun bei folgender Version der Ausarbeitung:

Klick

Gruß

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Beim Zeichnen der Diagramme hast du einen wichtigen Zwischenschritt vergessen: Die Fehlerbalken!

In der 5a) sind die Fehlerbalken sicher nicht so klein, dass man die Fehlerbalken in dem Diagramm nicht sieht.

Der Messfehler und damit auch der Fehlerbalken wird hier ja nicht davon bestimmt, was man von der Stoppuhr ablesen kann. Sondern wie genau die gestoppte Zeit ist, hängt davon ab, ob der Experimentator schon weiß, dass man zum Stoppen besser den Nulldurchgang eines Pendels nimmt statt der Punkte maximaler Amplitude, und ob der Experimentator schon beim ersten Mal stoppen geübt genug ist, um den Endzeitpunkt nicht um Zehntelsekunden zu verschlafen, etc.

Deshalb ist es auch die Aufgabe des Experimentators selbst, dazuzuschreiben, wie genau er seine Ergbenisse messen konnte und wie genau man diese interpretieren darf und soll. Was ist deine Vermutung für die Fehlerbalken der Messwerte, die du vorliegen hast (anhand der Messungen, die du selbst durchgeführt hast, hast du ja ein Gefühl für die mögliche Messgenauigkeit)? Wann und wie lassen sich die Messpunkte samt Fehlerbalken mit der Erwartung aus der Theorie in Einklang bringen? Magst du daraufhin den Experimentator, der dir diese Messwerte gegeben hat, fragen, ob deine Vermutungen bezüglich der Fehlerbalken stimmen können?

Wenn du in zwei Digrammen die Lage der Resonanzfrequenz vergleichen möchtest, dann wähle dafür unbedingt dieselbe Skalierung der x-Achse. Vielleicht sogar am besten beide Kurven ins selbe Diagramm.

Die Aussage "schön wars" ist natürlich keine Zusammenfassung. Die musst du am Ende, wenn du deine Messauswertung und deine Diagramm so auf den Punkt gebracht hast, dass du Aussagen gewonnen hast, nochmal konkret als echte Zusammenfassung formulieren.

Zum Beispiel muss da rein, ob und inwiefern du festgestellt hast, wie sich die Resonanzfrequenz mit der Dämpfung verhält und ob oder wie das mit deiner theoretischen Erwartung zusammenpasst.

Hagbard · Anmeldungsdatum: 07.02.2006 Beiträge: 320 Wohnort: Augsburg

Danke Markus, ich habe deine Tipps nun umgesetzt. Lediglich den Fehlerbalken werde ich nach dem Ausdrucken noch von Hand einflicken.

Dann lass ich mich mal überraschen, ob der Frau Doktor das morgen genügt. Ich habe in der Zwischenzeit schon wieder 3 andere Versuche gemacht, die auch alle ausgewertet werden wollen.

Gruß

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788