Die Stimmgabel
AFB I–IIDie Zinke einer Stimmgabel schwingt mit dem Kammerton a. Ihre Auslenkung wird durch \(s(t)=0{,}8\cdot\sin(880\pi\cdot t)\) beschrieben (\(t\) in s, \(s\) in mm).
- Lesen Sie die größte Auslenkung aus der Gleichung ab.
- Berechnen Sie die Dauer einer Schwingung.
- Bestimmen Sie, wie viele volle Schwingungen die Zinke in \(0{,}5\,\mathrm s\) ausführt.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(|a|=0{,}8\): Die Zinke schwingt höchstens \(0{,}8\,\mathrm{mm}\) aus der Ruhelage.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(p=\tfrac{2\pi}{880\pi}=\tfrac{1}{440}\,\mathrm s\approx0{,}00227\,\mathrm s\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(0{,}5\,\mathrm s:\tfrac{1}{440}\,\mathrm s=220\) Schwingungen (\(440\) pro Sekunde — daher „440 Hertz“).
Zwei Wellen im Vergleich
AFB II–IIIGegeben sind \(f(x)=2\sin(3x)\) und \(g(x)=3\sin(2x)\). Jonas behauptet: „\(g\) schwingt schneller als \(f\), weil \(g\) die größere Zahl vor dem Sinus hat.“
- Vergleichen Sie Amplitude und Periode der beiden Funktionen.
- Weisen Sie nach, dass beide Graphen bei \(x=2\pi\) gleichzeitig wieder „von vorn“ beginnen.
- Beurteilen Sie die Behauptung von Jonas.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(f\): Amplitude \(2\), Periode \(\tfrac{2\pi}{3}\approx2{,}09\). \(g\): Amplitude \(3\), Periode \(\pi\approx3{,}14\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(2\pi=3\cdot\tfrac{2\pi}{3}=2\cdot\pi\): \(f\) durchläuft genau drei, \(g\) genau zwei Perioden. Beide sind bei \(2\pi\) wieder im Startzustand (Nullstelle, steigend).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Falsch: Die Schnelligkeit hängt von \(b\) ab, nicht von \(a\). \(f\) hat mit \(b=3\) die kürzere Periode und schwingt schneller; \(a\) bestimmt nur, wie hoch die Welle ausschlägt.
