Ein sehr schönes Experiment ist der Bau eines Wellenpendels. Darunter versteht man mehrere, nebeneinander angeordnete Fadenpendel mit leicht unterschiedlicher Schwingungsdauer. Die Längen bzw. Schwingungsdauern sind aber so gewählt, dass nach einer bestimmten Wiederholungszeit (z.B. 40 sek) alle Pendel zeitgleich wieder in derselben Ausgangsposition sind. Demnach müssen die einzelnen Schwingungsdauern Teiler der Wiederholungszeit sein, z.B. τ = 40/23 oder 40/24 usw.
Die Berechnung der einzelnen Fadenlängen ist aber recht einfach:
Zu Beginn werden alle Pendel synchron in eine Richtung ausgelenkt und dann losgelassen. Durch die unterschiedlichen Schwingungsdauern ergeben sich jetzt spannende Muster bis eben nach der Wiederholungszeit alle Pendel wieder zeitgleich ihre Amplitude besitzen. Danach beginnt wieder ein neuer Zyklus.
Als Pendel verwende ich die Kugeln eines Newtonschen Pendels. Dieses bekommt man sehr günstig auf aliexpress. Vorteil dieser Kugeln ist, dass sie bereits eine Durchführung für einen Faden besitzen.
Zur Aufhängung verwende ich eine dünne Nylonschnur (0.35 mm Durchmesser). Gehalten werden die Pendel von einer Kombination aus 5 mm dicker Aluminiumleiste und M8-Gewindestangen:
Hier bohre ich gerade vorsichtig die 1 mm Löcher, durch die dann die Fäden gezogen werden:
Damit die Kugeln die Nylonschnur straffer ziehen werde ich sie mit M10 Muttern beschweren. Diese muss ich noch im Baumarkt besorgen.
Inzwischen konnte ich im Baumarkt, einer der ganz wenigen Geschäfte in denen ich mich wohl fühle, die Holzplatte, Muttern und Beilagscheiben besorgen:
Die Boxenfüße stammen vom Elektronikgeschäft Neuhold in Graz: https://www.neuhold-elektronik.at/
Falls sich die Metallkugeln als zu leicht herausstellen, werde ich sie mit M10 bzw. M12 Muttern beschweren:
Planänderung: Die kleinen Metallkugeln sind einfach zu leicht und spannen nicht ausreichend den Kunststofffaden. Und mit Muttern beschweren wollte ich die Kugeln dann auch nicht. Daher habe ich auf Temu größere Newtonsche Pendel bestellt:
Die Kugeln sind nun deutlich größer und schwerer…
Das Abgleichen der einzelnen Pendel war wie schon befürchtet eine nicht ganz einfache Angelegenheit. Für die 14 Pendel benötigte ich schon gute 1-2 Stunden und ich musste unter anderem bereits abgelängte Pendel neu einstellen, da die Periodendauern doch nicht ganz stimmten.
So sieht nun mein fertiges Wellenpendel aus:
Lenke ich die 14 Fadenpendel gleichzeitig aus, so ergeben sich wie erhofft sehr schöne Muster. Nach 20 Sekunden pendeln die Kugeln abwechselnd gegengleich und nach 40 sek befinden sich sämtliche Pendel einigermaßen wieder in der Ausgangsposition, Heureka…
Gekostet hat mich der ganze Spaß 45 Euro, was es mir aber absolut wert war.
Nach ca. 20 sek bot sich mir folgendes Bild:
Und nach 40 sek dieses:
