Ruhelage
Schwingung
Basiswissen
Ein Fadenpendel ist in seiner Ruhelage[1], auch Gleichgewichts-[2] oder Nulllage genannt, wenn es frei nach unten hängt. Die Ruhelage eines schwingenden Systems ist allgemein definiert als der Zustand mit der geringsten Energie. Es wirken dabei keine Rückstellkräfte. Das ist hier Schritt-für-Schritt erklärt.
Definition
- In der Physik hängt das Wort eng zusammen mit der Schwingung.
- Im engeren Sinn bezieht es sich auf eine mechanische Schwingung.
- Bei einer Schwingung ändert ein System ständig seinen Zustand.
- Die Ruhelage ist ein Zustand geringstmöglicher Energie.
- Ohne Energiezufuhr kann das System von dort aus keine Schwingung beginnen.
- Das System ändert ständig seinen Zustand um diese Ruhelage herum.
Verallgemeinerung
- In der Physik spricht man auch von Schwingungen in einem allgemeinen Sinn.
- Diese beziehen sich dann nicht mehr nur auf mechanische Systeme.
- Schwingen können auch elektrische Größen oder Wahrscheinlichkeiten.
- "Geringstmögliche Energie" ist darauf oft schwer anwendbar.
- Die Schwingung findet aber immer um einen durchschnittlichen Mittelwert statt.
- Dieser Mittelwert muss nicht dem Zustand geringstmöglicher Energie entsprechen.
- Statt Ruhelage spricht man dann besser von dem arithmetischen Mittel der Auslenkung.
- Siehe auch Schwingung ↗
Geringstmögliche Energie
- Ein schwingfähiges System kann auch künstlich fixiert werden.
- Ein Fadenpendel kann etwa festgehalten oder fixiert werden, ...
- wenn es sich gerade 20° außerhalb der senkrechten Ruhelage befindet.
- Auch in diesem Zustand befindet sich das System in Ruhe.
- Diese Lage ist aber keine Ruhelage im Sinne einer Schwingung.
- Das System hat nämlich eine größere Energie als beim senkrechten Herunterhängen.
- Die Energie ist beim ausgelenkten Festhalten in Form von Höhenenergie vorhanden.
- Man muss keine Energie zuführen, um eine Schwingung herbeizuführen.
- Man muss nur die Fixierung lösen.
Fußnoten
- [1] Das Spektrum Lexikon der Physik definiert indirekt: "Elongation, die Entfernung eines Körpers aus einer fest definierten, stabilen Ruhelage." In: der Artikel "Auslenkung" im Spektrum Lexikon der Physik. Abgerufen am 28. April 2024. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/auslenkung/1015
- [2] "Unter einer mechanischen Schwingung eines Körpers versteht man eine unter der Einwirkung einer Rückstellkraft um eine Gleichgewichtslage des Körpers verlaufende Bewegung, bei der sich die Auslenkungen des Körpers aus der Gleichgewichtslage zeitlich periodisch wiederholen." In: Oskar Höfling: Physik. Lehrbuch für Unterricht und Selbststudium. Fünfzehnte Auflage. 1994. ISBN: 3-427-41045-5. Dort die Seite 195. Siehe auch Der Höfling ↗
