Gefederte Aufhängung – Resonanz
Aufgabenstellung
In einem Labor soll eine empfindliche Messapparatur möglichst wenig durch Schwingungen des Gebäudes beeinflusst werden. Hierzu befindet sich die Apparatur in einer Rahmenkonstruktion, die über eine Feder an der Decke des Labors aufgehangen ist. Die gesamte Vorrichtung bildet in dieser Form ein Federpendel.
Nachdem diese Vorrichtung aufgebaut wurde, zeigte sich, dass das Pendel durch Gebäudeschwingungen bisweilen in Resonanz gerät. Die folgenden Aussagen beziehen sich auf diese Situation. Beurteilen Sie deren Richtigkeit.
| Aussage | Richtig | Falsch |
|---|---|---|
| Nur Gebäudeschwingungen einer bestimmten Frequenz können die Resonanz auslösen. | ||
| Der Austausch der Feder gegen eine mit anderer Federkonstante ist ein vielversprechender Ansatz zur Vermeidung der Resonanz. | ||
| Da die Resonanz unabhängig von der Eigenfrequenz des Pendels ist, kann die Resonanz nicht durch Veränderungen an der Aufhängung oder der Rahmenkonstruktion vermieden werden. | ||
| Durch eine geeignete Dämpfung der Bewegung der Feder oder der Rahmenkonstruktion lässt sich das Anwachsen der Amplitude vermeiden. |
Lösung
- Nur Gebäudeschwingungen einer bestimmten Frequenz können die Resonanz auslösen.
- Richtig: Resonanz tritt auf, wenn die Erregerfrequenz (hier die Frequenz der Gebäudeschwingung) mit der Eigenfrequenz des Pendels übereinstimmt.
- Der Austausch der Feder gegen eine mit anderer Federkonstante ist ein vielversprechender Ansatz zur Vermeidung der Resonanz.
- Richtig: Dies ändert die Eigenfrequenz des Federpendels.
- Da die Resonanz unabhängig von der Eigenfrequenz des Pendels ist, kann die Resonanz nicht durch Veränderungen an der Aufhängung oder der Rahmenkonstruktion vermieden werden.
- Falsch: Resonanz tritt auf, wenn ein Pendel mit seiner Eigenfrequenz erregt wird. Änderungen der Eigenfrequenz (durch Veränderungen am Pendel) können somit die Resonanz vermeiden.
- Durch eine geeignete Dämpfung der Bewegung der Feder oder der Rahmenkonstruktion lässt sich das Anwachsen der Amplitude vermeiden.
- Richtig: Dies verhindert nicht zwangsläufig den Resonanzfall, kann aber die Amplitude hinreichend klein halten.