Lasse eines der Pendel aus der Reihe tanzen! Was machen die anderen?
WORUM GEHT ES?
Etwa 30 Pendel mit Dauermagneten als Schwungmasse hängen in einer Reihe nebeneinander. Wird eines der Pendel ausgeschwenkt und losgelassen, wird man Beobachter einer ästhetisch erscheinenden Wechselwirkung.
WESHALB IST DAS SO?
Die kinetische Energie des einen Pendels überträgt sich durch die Magnetwirkung langsam auf das Nachbarpendel und dieses wiederum transferiert seine Bewegungsenergie auf das nächste usw. bis alle Pendel zusammen eine Wellenbewegung beschreiben. Das Besondere an der Schwingungskopplung durch Magneten: Im Gegensatz zur Kopplung wie sie beispielsweise durch Spiralfedern geschehen könnte, kann die Kopplung auch abreißen, wenn sich benachbarte Pendel zu unterschiedlich bewegen und zu weit auseinander geraten – und es entstehen so komplexe Schwingungsmuster.
Betrachten wir zunächst nur zwei benachbarte Pendel, die man mit einer Feder verbindet. 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.
Auch bei einer magnetischen Kopplung laufen die Vorgänge ähnlich ab: Wenn ein Pendel schwingt, dann zieht es das zweite mit. Dadurch fängt das zweite auch an zu pendeln, wobei es die Energie dafür vom ersten bekommt. Wenn man nicht nur zwei Pendel hat, sondern mehrere nebeneinander, dann überträgt sich auch die Energie auf alle, so dass sich die Reihe windet wie eine Schlange: Pendelschlange. Wenn der Abstand von zwei Pendeln zu groß wird, wird die magnetische Anziehungskraft, die – anders als bei einer Federkopplung – mit größerem Abstand kleiner wird, zu schwach: Die Verbindung reißt ab. Sie entsteht aber sofort wieder, wenn die Pendel sich wieder näher kommen. Daraus entwickeln sich sehr interessante Schwingungsformen, was diese Station so attraktiv macht.
Alltagsbezug
In der Technik werden die magnetischen Kopplungskräfte in verschiedenen Bauformen von Magnetkupplungen verwendet. Diese sind oft verschleißfest und wartungsfrei. Magnete, die untereinander oder zum magnetischen Material keinen Luftspalt besitzen, werden zum Festhalten benutzt. Dies wird verwendet beim einfachen Magneten an der Pinwand bis zur Kühlschranktür, die heute meist einen Magnetverschluss hat. Magnetkräfte können aber auch so stark sein, dass man damit Werkzeuge und Werkstücke sicher spannen kann. Dies wird bei Schleifmaschinen und manchen Kunststoffspritzgießmaschinen gemacht.
Auch bei Magneten mit Luftspalt sind die Anwendungen sehr zahlreich: Vom Transrapid, der durch Magnetkräfte aus seiner Trasse gehalten wird bis zum Rührgerät im Labor, wo das magnetische Rührsteinchen im Glas durch ein rotierendes Magnetfeld in Drehung versetzt wird.