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02 Lagging Pendulum

Aufgabenstellung

A pendulum consists of a strong thread and a bob. When the pivot of the pendulum starts moving along a horizontal circumference, the bob starts tracing a circle which can have a smaller radius, under certain conditions. Investigate the motion and stable trajectories of the bob.

Leitfragen

  • Wie viele Freiheitsgrade hat dieses physikalische System und was sind die relevanten äußeren Parameter (vgl. mathematisches und physikalisches Pendel mit und ohne Reibung)?
  • Welches Bezugssystem eignet sich am besten zur Beschreibung der Bewegung des Gewichts?
  • Welche Scheinkräfte treten in diesem Bezugssystem auf und unter welchen Voraussetzungen findet man ein Kräftegleichgewicht?
  • Was sind die stabilen Bahnen?
  • Welche Reibungseinflüsse existieren und wie wirken sich diese auf das System aus?

Für Mathematik-Cracks:

  • Wie lautet die Lagrange-Funktion des Pendels in verallgemeinerten Koordinaten und welche Bewegungsgleichungen folgen daraus? Unter welchen Voraussetzungen lässt sich eine Erhaltungsgröße über das Noether-Theorem ableiten (Zeittranslationssymmetrie analog zur Energieerhaltung)?
lagging pendulum

Projektstart

  • Beim Experimentieren ist zu beachten, dass die verwendeten Gewichte nicht zu schwer sind. Alle Fensterscheiben und empfindlichen Geräte sollten abgedeckt sein oder sich in sicherer Entfernung zum Pendel befinden.
  • Der Faden sollte möglichst wenig dehnbar sein und vertikale Schwingungs- anregungen sollten minimiert werden.

Das GYPT ist eine Initiative von

Deutsche Physikalische Gesellschaft e.V.

Universität Ulm

Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung

Empfohlen von der

Kultusministerkonferenz