Sie sind hier: [Home] ⊳ [Physik] ⊳ [Mechanische Schwingungen]

Mechanische Schwingungen

Der Begriff der mechanischen Schwingungen umfasst alle Stoffe und Körper, die eine eigene Elastizität besitzen oder über elastische Verbindungen verfügen. Grundsätzlich wird bei mechanischen Schwingungen von Vibration gesprochen, was wiederum inkludiert, das diese Vibrationen über die menschlichen Sinne wie Hören und Fühlen erfassbar sind.

Vibrationen können wünschenswert sein: zum Beispiel die Bewegung einer Stimmgabel, des Blattes in einem Holzblasinstrument oder einer Mundharmonika, eines Mobiltelefons oder des Kegels eines Lautsprechers. In vielen Fällen sind Vibrationen jedoch unerwünscht, verschwenden Energie und erzeugen unerwünschte Geräusche. Beispielsweise sind die Schwingungsbewegungen von Motoren, Elektromotoren oder anderen in Betrieb befindlichen mechanischen Vorrichtungen typischerweise unerwünscht. Solche Vibrationen können durch Ungleichgewichte in den rotierenden Teilen, ungleichmäßige Reibung oder das Ineinandergreifen der Zahnradzähne verursacht werden. Sorgfältige Konstruktionen minimieren normalerweise unerwünschte Vibrationen. Die Untersuchungen von Schall und Vibration sind eng miteinander verbunden. Schall oder Druckwellen werden durch vibrierende Strukturen (z. B. Stimmbänder) erzeugt; Diese Druckwellen können auch die Vibration von Strukturen (z. B. Trommelfell) induzieren. Versuche, Lärm zu reduzieren, hängen daher häufig mit Vibrationsproblemen zusammen.

Arten der Vibration

Freie Vibration tritt auf, wenn ein mechanisches System mittels einer anfänglichen Energiezufuhr in Bewegung gesetzt wird und frei vibrieren kann. Beispiele für diese Art von Vibration sind das Zurückziehen eines Kindes auf einer Schaukel und das Loslassen oder das Schlagen einer Stimmgabel und das Klingeln einer Fahrradklingel. Das mechanische System vibriert mit einer oder mehreren seiner Eigenfrequenzen und dämpft sich anschließend selbst bis zur Bewegungslosigkeit.

Eine erzwungene Vibration tritt auf, wenn eine zeitlich veränderliche Störung (Last, Verschiebung oder Geschwindigkeit) auf ein mechanisches System ausgeübt wird. Die Störung kann eine periodische oder zufällige Energiezufuhr sein. Die periodische Energiezufuhr kann eine harmonische oder eine nicht harmonische Störung sein. Beispiele für diese Arten von Vibrationen sind eine Waschmaschine, die aufgrund eines Ungleichgewichts zittert, Transportvibrationen, die durch einen Motor oder eine unebene Straße verursacht werden, oder die Vibrationen eines Gebäudes während eines Erdbebens. Bei linearen Systemen ist die Frequenz der stationären Schwingungsantwort, die sich aus der Anwendung eines periodischen harmonischen Eingangs ergibt, gleich der Frequenz der ausgeübten Kraft oder Bewegung, wobei die Größe der Antwort vom tatsächlichen mechanischen System abhängt.

Gedämpfte, kontinuierliche Vibration: Wenn die Energie eines Vibrationssystems durch Reibung und andere Widerstände allmählich abgeführt wird, werden die Vibrationen als gedämpft bezeichnet. Die Schwingungen nehmen allmählich ab oder ändern sich in Frequenz oder Intensität oder hören auf und das System ruht in seiner Gleichgewichtsposition. Ein Beispiel für diese Art von Vibration ist die durch den Stoßdämpfer gedämpfte Fahrzeugfederung.

Auswirkungen von Vibrationen auf physikalische Körper

Beständige Vibrationen oder andauernde mechanische Schwingungen können zur sogenannten Materialermüdung führen. Dabei kommt es zu Rissbildungen an den Korngrenzen im Gefüge des jeweiligen Werkstoffes. Ursachen hierfür sind meist Kombinationen aus andauernden Vibrationen und kurzzeitigen Erschütterungen, aber auch verschiedene Korrosionsmedien, beispielsweise Salzwasser, können daran beteiligt sein.

In der Humanmedizin sind Vibrationen einerseits Bestandteil von Therapien, andrerseits kann vor allem beständige Vibration, etwa am Arbeitsplatz, die Ursache für unterschiedliche Krankheitsbilder sein.

Quizfragen zum Thema

1. Berechne die Frequenz eines Motors, der mit 4000 U/min läuft

   f = n / Δt → f = 4000/60s ≈ 67Hz

2. In welchem Frequenzbereich tritt beim Menschen die Seekrankheit auf?

   Im Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 0,5 Hz.

3. Welche beiden physikalischen Größen sind beim dynamischen Vorgang einer Vibration charakteristisch?

   Zum einen die Amplitude oder Auslenkung und zum anderen die Häufigkeit des Wechsels der Bewegungsrichtung, die Frequenz.

4. Gehört die Schallwelle zu den elektromagnetischen Wellen oder zur mechanischen Vibration?

   Schall ist eine mechanische Schwingung oder Vibration, die physisch wahrgenommen wird.

5. Was bedeutet der Begriff „Frequenz“?

   Aus dem lateinischen „frequentia“ für „Häufigkeit“ übersetzt, steht die Frequenz sowohl in der Physik wie in der Technik für den periodischen Vorgang von Bewegungs-Wiederholungen und deren Dauer.

[ © www.quizfragen4kids.de | Quizfragen nicht nur für Kinder | Alle Fragen und Lösungen ohne Gewähr]

↩ Zurück | ↑ Nach oben | Home | Impressum & Kontakt
© www.quizfragen4kids.de