12 Wilberforce Pendulum

Aufgabenstellung

A Wilberforce pendulum consists of a mass hanging from a vertically oriented helical spring. The mass can both move up and down on the spring and rotate about its vertical axis. Investigate the behaviour of such a pendulum and how it depends on relevant parameters.

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Leitfragen

Theoretische Vorüberlegungen

• Welche Energien sind für die Beschreibung des Wilberforce Pendels relevant?
• Wie werden diese ineinander umgewandelt? An welchen Punkten der Bewegung sind die Energiebeiträge groß/klein?
• Kann das gesamte Pendel mathematisch Beschrieben werden?
• Von welchen Parametern hängt die theoretische Berechnung ab?

Experiment

• Wie könne die relevanten Größen der Bewegung (Auslenkung der Feder, Rotations- und Vertikalgeschwindigkeit der Masse,...) in einem Experiment gemessen werden?
• Stimmen die experimentellen Werte in den Grenzfällen (z.B. maximale Auslenkung Feder) mit den theoretischen Überlegungen überein?
• Wie beeinflussen verschiedene Parameter (Federstärke, Masse, ursprüngliche Auslenkung,...) die Natur der Pendelbewegung (Auslenkung der Feder, Rotationsgeschwindigkeit der Masse,...)?