Ungedämpfte harmonische Schwingungen

Von einer Schwingung ist die Rede, wenn ein System aus dem stabilen Gleichgewicht (Ruhelage) gebracht wird und eine rücktreibende Kraft das System wieder in den Ausgangszustand (Ruhelage) zwingt. Die Trägheit des Systems führt dann dazu, dass die Bewegung über die Ruhelage hinaus fortgeführt wird. Das System schwankt also um die Ruhelage herum. Eine Schwingung wird auch als Oszillation bezeichnet.

Sinus-Funktionen

Als harmonisch wird eine Schwingung bezeichnet, deren Verlauf durch eine Sinus- oder Cosinusfunktion beschrieben werden kann. 

Bei der ungedämpften Schwingung treten keine Reibungen auf, sodass die Schwingung nie zum Stillstand kommt, sondern unendlich weiterschwingt. Bei ungedämpften Schwingungen ist die Amplitude konstant (maximaler Abstand von der Ruhelage). Während des Schwingungsvorgangs wandeln sich potentielle und kinetische Energie ständig ineinander um. Ihre Summe bleibt jedoch konstant = Erhaltung der Gesamtenergie.

Bei der gedämpften Schwingung hingegen treten Reibungen auf (z.B. Luftwiderstand, Gleitreibung). Das führt dazu, dass das schwingende System irgendwann zum Erliegen kommt. Die Amplitude ist nicht mehr konstant, sondern nimmt (meistens exponentiell) ab. Hier spielt zusätzlich zur potentiellen und kinetischen Energie die thermische Energie eine Rolle. 

Es wird in den folgenden Abschnitten zunächst die ungedämpfte harmonische Schwingung betrachtet. Hierzu werden das Federpendel, das Fadenpendel und das physikalische Pendel ausführlich behandelt. Danach betrachten wir die gedämpfte harmonische Schwingung und die erzwungene Schwingung.