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4. Funktionsprinzip
Das Wilberforce-Pendel demonstriert die Kopp-
lung von Rotations- und Translationsschwin-
gungen an einem abgestimmten Masse-Feder-
System.
Die Ursache der Kopplung beider Schwingun-
gen liegt in der Geometrie der Feder. Eine Be-
wegung in Längsrichtung bewirkt ein Verdrillen
der Feder, was die Rotationsschwingung anregt.
Die Rotation bewirkt entsprechend eine Deh-
nung oder Kontraktion der Feder, was wiederum
zur Längsschwingung führt.
Bei der Auf- und Abwärtsbewegung haben Fe-
derkonstante und Masse des Rotationskörpers
Einfluss auf die Pendelfrequenz, während die
Torsionskonstante der Feder und das justierba-
re Trägheitsmoment des Rotationskörpers die
Schwingungsdauer der Rotationsschwingung
bestimmen.
Die Eigenfrequenz der Translationsschwingung
ist mittels Gleichung 1 berechenbar:
k
=
ω
trans
m
k = Federkonstante
m = Masse
Für die Eigenfrequenz der Rotationsschwingung
gilt:
K
=
ω
rot
J
K = Torsionskonstante
J = Trägheitsmoment des Rotationskörpers
5. Bedienung
5.1 Allgemeine Hinweise
Zur Durchführung der Experimente sind folgen-
de zusätzlichen Geräte erforderlich:
1 SW-Paket Stativmaterial
1 SW-Paket Sensorik (@230V)
oder
1 SW-Paket Sensorik (@115V)
1 USB Oszilloskop 2x 50 MHz
1 PC, Betriebssystem Win XP, Vista, Win 7
oder
1 Analog Oszilloskop 2x 30 MHz
Achtung! Die dynamischen Kraftsensoren dür-
fen nicht mechanisch überlastet werden!
•
Den Krafthaken in axialer Richtung nicht mit
mehr als 5 N und in Querrichtung nicht mit
mehr als 1 N belasten.
•
Besonders bei der Montage und beim Ein-
hängen von Schlaufen oder Federn am
Krafthaken auf die maximal zulässigen Kräf-
te achten.
•
Auf festen Sitz der Stangen in der Boden-
platte sowie der Montageelemente des Sta-
tivsystems achten.
5.2 Aufbau des Wilberforce-Pendels
•
Stativstangen mit Außen- und Innengewinde
in die äußeren Gewindebuchsen der Grund-
platte schrauben.
•
Beide Stativstangen mittels Stativstangen
mit Außengewinde verlängern.
•
Beidseitig Doppelmuffen am oberen Ende
montieren und nach innen ausrichten, so dass
die Schlitze senkrecht gegenüber stehen.
•
Rändelschrauben an der Federbaugruppe
entfernen und Schraubenfeder einhaken.
Schraubenfeder
Gummiring von Hand gegen die Federöse
verspannen (Öse darf in der Federbaugrup-
pe kein Spiel haben).
(1)
(2)
1012849
Fig. 1 Federbaugruppe mit Schraubenfeder
1012850
•
Hakenkörper auf Traverse auflegen und von
1012851
der Unterseite her mittels der
1017264
be montieren.
•
Eine Öse der Federbaugruppe am Haken-
körper einhängen.
1002727
•
Kraftsensor auf die Traverse legen und die
zweite Öse in den Haken am Kraftsensor
einhängen.
•
Kraftsensor wie den Hakenkörper vorsichtig
mittels der
befestigen. Darauf achten, dass das rote
Seil straff und gerade sitzt.
2
mittels
der
Rändel
schraube auf der Traverse
Rändel
Mutter
mit
schrau-
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