Lenke ein Pendel aus und lasse es schwingen! Wie verhält sich das andere Pendel?
WORUM GEHT ES?
Zwei gleiche Fadenpendel sind über eine Spiralfeder miteinander verbunden. Eines der Pendel wird in Schwingung versetzt und die Wirkung auf das andere Pendel beobachtet. Erstaunlicherweise verliert das erste Pendel zusehends an Schwingungsweite zugunsten des zweiten Pendels und wenn das erste schließlich ruht, vollführt das zweite eine Schwingung mit maximalen Ausschlägen.
WESHALB IST DAS SO?
Das Verhalten der gekoppelten Pendel ist deshalb erstaunlich, weil man gefühlsmäßig erwartet hätte, dass sich die Schwingungsenergie des ersten Pendels mit der Zeit etwa gleichmäßig auf die beiden Pendel verteilt hätte. Stattdessen überträgt sich nach und nach die Energie des schwingenden Pendels ganz über die Zugkraft der Feder auf das zuerst ruhende Pendel bis das zuerst angestoßene Pendel vollständig zum Stillstand kommt und nur noch das daran gekoppelte Pendel schwingt.
Im Detail lässt sich das folgendermaßen erklären: Bewegt sich das erste Pendel aus der Ruhelage und entfernt sich dabei vom zweiten Pendel, wird die Feder zwischen beiden gespannt. Das wirkt bremsend auf das erste Pendel und beschleunigend auf das zweite, das dann hinter dem ersten her schwingt. Bewegt sich das erste Pendel nach Erreichen des Vollausschlags Richtung Ruhelage zurück, wird der Abstand zwischen den Pendeln kleiner und die Kopplungsfeder zusammengedrückt. Das wirkt wiederum bremsend auf das erste Pendel und beschleunigend auf das zweite. Ganz gleich, ob die Feder ziehend oder drückend wirkt, immer wird Energie in kleinen Portionen vom ersten auf das zweite Pendel übertragen. Schließlich kommt das erste vollständig zu Ruhe, dann besitzt das zweite die gesamte Energie und schwingt maximal. Anschließend tauschen die Pendel die Rollen und der Vorgang läuft umgekehrt ab.
Alltagsbezug
Gekoppelte schwingungsfähige System dieser Art sind die Voraussetzung für die Entstehung von mechanischen Wellen. Dabei wird die Energie von einem Oszillator zum nächsten über das gesamte Wellenträgermedium weitergereicht.
Will man hier weiter experimentieren, bietet sich für zuhause ein Nachbau mit einfachen Mitteln an. Man kann dann z.B. verschiedene Pendelmassen verwenden oder verschiedene Pendellängen. Auch verschiedene Kopplungsfedern beeinflussen den Vorgang: Bei einer weichen Feder dauert die Energieübertragung lange, bei eine harten Feder ist die Übertragungszeit kurz.