Ein Pendel zum Experimentieren aufbauen

Pendel können viel Spaß machen und lassen sich leicht selbst basteln! Ein Pendel ist im Grunde ein Gewicht, das mit einigem Abstand an einem fixen Punkt aufgehängt ist und frei in alle Richtungen hin und her schwingen kann. Pendel finden traditionell in großen Uhrwerken Anwendung. Und sie sind ein großartiger Untersuchungsgegenstand, mit dem sich die Erdrotation belegen und auch sonst hervorragend experimentieren lässt!

Methode 1 von 3: Ein Pendel aufbauen

  1. Trage die Materialien zusammen. Diese Pendel-Versuchsanordnung ist ideal für zu Hause. Sämtliche Materialien sollten leicht herbeizuschaffen sein. In diesem Artikel geht es zunächst nur um ein einzelnes Pendel. Aber du kannst natürlich gleich mehrere Pendel unterschiedlicher Länge machen, wofür du dann entsprechend mehr als die 70cm Faden hier brauchst.
    • Rücke zwei baugleiche Stühle zusammen und hole einen zirka meterlangen Zoll-, Rohr-, Spazier- oder Vorhangrohrstock. Daraus wird das Gestell für das Pendel, das am Stock zwischen den beiden Stühlen herabhängen wird.
    • Zum Schneiden des Fadens und Klebebands eine Schere, falls nötig.
    • Der Faden sollte mindestens 70cm messen, vorzugsweise länger. Jedes dünne aber strapazierbare Garn ist geeignet.
    • Eine Stoppuhr zum Experimentieren. (Siehe weiter unten.)
    • Drei bis fünf gleichförmige Muttern, Unterlegscheiben, Metallringe oder Ähnliches. Sie bilden nachher das Gewicht am unteren Ende des Fadens.
  2. Stell die beiden Stühle parallel mit der Rücklehne zu einander. Die Entfernung sollte etwas geringer als die Länge des Stocks sein. Die Sitzflächen sollten von einander weg zeigen, damit sie nachher dem Pendel nicht im Weg sind.
    • Baue mit dem Stock mittig auf der jeweiligen Stuhl-Oberkante eine Brücke zwischen den Stühlen. Achte darauf, dass der Stock ganz waagrecht aufliegt, da ansonsten evtl. die Messungen nachher nicht hinkommen.
    • Bist du mit Position und Lage des Stocks zufrieden, fixiere ihn mit Klebeband an den Rücklehnen.
  3. Schneide 70cm Faden ab. Was es dann nur noch braucht, ist ein Gewicht am Ende des Fadens. (Die Schwingfrequenz des Pendels hängt von der Fadenlänge ab, weswegen du dir überlegen kannst, ob du nicht gleich mehrere Pendel unterschiedlicher Länge aufhängen möchtest.)
    • Binde den Faden mit einem Ende an der Mitte des Stocks fest. So gibst du dem Pendel den maximalen Freiraum zum Schwingen.
  4. Binde nun am anderen Ende des Fadens die Muttern fest. Statt Muttern tut es praktisch jede Sorte von Metallringen oder Plättchen mit Loch in der Mitte. Falls nötig, fixiere die einzelnen Muttern usw. untereinander mit Klebeband.
    • Die tatsächliche Masse des Gewichts spielt für das Schwingverhalten des Pendels eine untergeordnete Rolle, da die (Vakuum-)Fallbeschleunigung unter dem Einfluss der Schwerkraft für alle Massen genau gleich ist. Abweichungen davon sind lediglich auf die umgebende Luft zurückzuführen.

Methode 2 von 3: Experimente mit dem Pendel

  1. Nimm das Gewicht und halte es auf solche Weise hoch, dass der Faden zum Stock gespannt bleibt und gegenüber der Ruheposition ein Winkel entsteht. Von diesem Winkel ist die Schwinggeschwindigkeit des Pendels abhängig.
    • Beispielsweise sorgt ein Startwinkel von 90 Grad für eine andere Geschwindigkeit als einer von, sagen wir, 45 Grad. Die Frequenz der Schwingung hingegen wird vom Winkel nur wenig beeinflusst.
  2. Jetzt lass das Gewicht los! Achte darauf, dass dem Pendel beim Schwingen nichts in die Quere kommt. Andernfalls mach einen neuen Anlauf. Halte für die nächsten Versuche schon mal die Stoppuhr bereit.
  3. Stoppe die Dauer einer Periode. Starte die Stoppuhr genau im Moment des Loslassens. Sobald das Pendel einmal hin und zurück geschwungen ist, stoppe die Zeit. Das ist die Dauer einer Periode. Eine gute Idee ist, eine Person das Pendel und eine andere die Stoppuhr bedienen zu lassen.
    • Rechne die Schwingfrequenz aus. Das ist die Anzahl der Perioden pro Sekunde.
  4. Wiederhole den Versuch mehrmals aus unterschiedlichen Startpositionen. Stoppe jedes Mal die Zeiten. Kannst du schon irgendwelche Unterschiede oder Regelmäßigkeiten feststellen?
  5. Schreibe deine Beobachtungen auf! Notiere die Ausgangsposition, die Periodendauer und die Schwingfrequenz. So findest du leichter heraus, was sich wie auf das Pendelverhalten auswirkt.
    • Das alles wird dir dabei helfen, zwei bedeutende geschichtliche Anwendungen des Pendels nachzuvollziehen: einmal als Steuerung für frühe Uhrwerke, und einmal als Nachweis, dass sich die Erde tatsächlich um sich selbst dreht!
    • Das sog. „Foucaultsche Pendel“ war es, mit dem zum ersten Mal die Erddrehung nachgewiesen wurde. Es muss allerdings enorm groß gebaut sein – haushoch nämlich – sodass es sehr lange dauert, bis es wieder zur Ruhe kommt.

Methode 3 von 3: Weitergehende Experimente mit dem Pendel

  1. Schneide einen zweiten Faden zurecht. Ein zweiter und sogar dritter Faden kann helfen, die Eigenschaften des Pendels zu veranschaulichen. Mach den zweiten Faden deutlich kürzer als den ersten oder hänge ein höheres/niedrigeres Gewicht daran.
    • Falls du testen willst, wie sich der Abstand des Gewichts auswirkt, probier's zunächst mal mit genau der halben Fadenlänge, also 35cm.
    • Bring das zweite Pendel in 20-30cm Abstand an, damit sich die beiden Pendel nicht gegenseitig in den Weg kommen.
  2. Ändere das Gewicht. Füge Muttern usw. hinzu oder nimm welche weg und messe nach, in wiefern das einen Unterschied für Geschwindigkeit und Frequenz macht.
    • Mach den gleichen Versuch mehrmals. Nimm den Durchschnittswert von fünf Durchgängen, um das Pendelverhalten leichter verallgemeinern zu können.
  3. Ändere die Startwinkel. Vergleiche auch mal Extremwerte miteinander und schau, ob sich dadurch vielleicht unerwartete Abweichungen ergeben. Vergleiche z.B. 10 Grad mit 135 Grad.
    • Denk auch hier daran, immer den Durchschnittswert von fünf Durchgängen zu nehmen. So verringerst du den Einfluss „zufälliger Abweichungen“ und anderer Ungenauigkeiten.
  4. Vergleiche die unterschiedlichen Pendellängen. Wie wirken sie sich auf Geschwindigkeit, Frequenz und aber auch die Gesamtlaufdauer aus?
    • Die Menge macht's! Eine genügende Datenmenge ist die Grundlage jeder wissenschaftlichen Forschung. Erst damit ist eine Analyse wirklich sinnvoll.

Tipps

  • Als Faustregel sollte der Faden immer erheblich länger als der Durchmesser des Gewichts sein.

Warnungen

  • Verwende nichts Zerbrechliches oder Wertvolles als Gewicht.
  • Verwende keine extrem schweren Gewichte. Andernfalls könnte der Faden reißen und das herumfliegende Gewicht Schaden anrichten.

Was du brauchst

  • Zwei Stühle
  • Einen ca. meterlangen, geraden Stock
  • Mindestens 70cm Faden
  • Eine Schere
  • Klebeband
  • Drei bis fünf Muttern, Metallscheiben oder Ähnliches. Bzw. sechs bis zehn, falls du gleich zwei Pendel aufhängst.
  • Eine Stoppuhr
  • Stift und Papier
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