Warum funktioniert eine Schaukel?
Ist jetzt eine ziemlich banale Frage. Mir wurde immer gesagt das schwingende System der Schaukel wird in der eigenfrequenz angeregt soweit möglich. Dies funktioniert aber nur wenn von außen wer die Schaukel anstößt.
Man kann aber auch ohne das jemand anstößt die Schaukel immer mehr zum schwingen bringen.
In diesem Fall ist die Schaukel doch ein (fast) abgeschlossenes System. Wie kann es sein, dass sich ein geschlossenes System selbst anregt? Wo kommt der Impuls her und die Energie? Man stößt sich ja auch nicht am Boden ab. Der einzige kontaktpunkt ist die Stange an der die Schaukel hängt. Doch wie soll dieser kontaktpunkt ausreichen?
Danke für antworten!
6 Antworten
Die richtigen Antworten wurden ja schon genannt. Nur noch eine kleine Anmerkung zum Impuls , da du diese Größe ja explizit angesprochen hast. Impuls bekommt ein Körper vom Gravitationsfeld der Erde. Wenn man (ohne äußere Einflüsse) nun wieder am Ausgangspunkt angelangt ist, dann ist der Impuls des Systems genauso groß wie am Anfang, denn was ein Körper beim Hinunterfallen an Impuls aus dem GF gewinnt, gibt er beim Hinaufgehen an das GF wieder ab. Mit einer linear hin - und herschwingenden Vorrichtung könnte man also von sich aus auch nicht schaukeln. Eine Schaukel dreht sich aber, und hier kommt der Drehimpuls ins Spiel. Beim Hinunterschaukeln bekommt die Schaukel Drehimpuls aus dem GF der Erde, beim Hochschaukeln gibt sie ihn genauso wieder ab, wie kann man also schneller schaukeln? Der Drehimpuls eines Systems lässt sich durch Zufluss oder Abfluss von Drehimpuls ändern, dies nennt man dann ein Drehmoment. Es gilt die zu F = m * a analoge Beziehung M = J * alpha, wobei M das Drehmoment ist, J das Trägheitsmoment und alpha die Winkelbeschleunigung. Der Trick ist nun, dass man während der Hin- und Herbewegung J (also quasi die Drehmasse) ändern kann, denn J hängt von der Masse UND von der Verteilung der Masse im Körper ab. Die Masse m kann man zwar nicht ändern, aber durch ausstrecken und anheben der Beine kann man die Massenverteilung und damit J ändern. Das hat aber zur Folge, dass man, am Ausgangspunkt angekommen, plötzlich mehr Drehimpuls im System hat.
Woher kommt aber die Energie, die mit dem höheren Drehimpuls verbunden ist? (Dass sie aus den Muskeln kommt, ist klar). Dies geschieht dadurch, dass man am unteren Punkt des Schaukelns gegen das GF Arbeit verrichtet und den Schwerpunkt anhebt.
Die Schaukel ist eben nur fast ein abgeschlossenes System. Von außen wirkt die Schwerkraft, und die ist es, die dem System Energie zuführt, wenn der Schaukelnde aktiv seinen Schwerpunkt verändert. Versuche mal zu schaukeln ohne Beine oder Oberkörper zu bewegen.
Ja! Angenommen, du sitzt aufrecht auf einer Schaukel, die sich in Ruhe befindet. Der Vektor deiner Gewichtskraft zeigt senkrecht nach unten. Die Seile der Schaukel bringen die Gegenkraft auf. Aufhängepunkt(e) und Schwerpunkt bilden eine Senkrechte zur Erde. Du bist wie ein Pendel, das in Ruhe ist. Jetzt greifst du in die Seile und legst deinen Oberkörper nach hinten. Dadurch verlagerst du den Schwerpunkt nach hinten. Es entsteht eine resultierende Kraft die die Schaukel nach vorne im Bewegung setzt. Wenn die Schaukel durch die Mittellage durch geschwungen ist, kannst du die Bewegung zurück machen und so dem System wieder etwas Bewegungsenergie zuführen. Wenn du solche Schwerpunktverlagerungen im richtigen Rhythmus, der Eigenfrequenz der Schaukel, machst, dann wird das Schaukeln immer heftiger.
Die Schaukel basiert auf dem einfachen Pirouettensystem.
Die kann nur funktionieren, wenn du (optimalerweise im tiefsten Punkt) die Beine und den Oberkörper näher zum Drehpunkt bringt.
Es findet also nur ein Wechsel zwischen chemischer Energie in potentielle und kinetische Energie statt. Der Gesamtenergiebetrag im System bleibt, abgesehen von den Luftwidestands-und Wärmeverlusten gleich.
Mit chemischer meinst du die Energie die in den Körpertzellen produziert wird?
Es ist ja eben gerade schwingend gelagert und wenn man sich vor und zurück bewegt (auch wenn man den Boden nicht berührt) kann man so die Schaukel in Schwung bringen. Das ist eigentlich ganz normale Physik ;-)
Eine Schaukel ist ein parametrischer Verstärker. Und nun überleg mal, welchen Parameter man beim Schaukeln verändert.
Also kann man nur durch verändern seines Schwerpunktes der Schaukel Energie zuführen??