Schwingung

Schwingung, auch Oszillation, zeitlich sich wiederholende Änderung einer oder mehrerer physikalischer Größen um einen Mittelwert.

Häufig haben Schwingungen periodische Zustandsänderungen der jeweiligen physikalischen Systeme zur Folge. Bekannte Beispiele hierfür sind (neben vielen anderen) Schwingungen von Saiten, Pendeln, Luft, Flüssigkeiten. Außerdem zählen beispielsweise auch Schwingungen im Schwingkreis und die Schwingungen im elektrischen und magnetischen Feld dazu (siehe Elektrizität; Elektronik; Magnetismus). Bei der Pendelschwingung handelt es sich um eine wiederholte Hin- und Herbewegung mit Durchgang durch die Gleichgewichtslage (auch neutrale Position). Eine einzelne Bewegung von einer Extremposition zur anderen (eine Amplitude) und zurück mit zweimaligem Durchgang durch die neutrale Position bezeichnet man als Zyklus, wobei die Anzahl der Zyklen pro Sekunde oder Hertz (Hz) die Frequenz der Schwingung wiedergibt. Im allgemeinen Sprachgebrauch wird unter Vibration eine Schwingung mit niedriger Frequenz wie etwa eine Erschütterung oder ein Beben verstanden.

Ein schwingendes Pendel oder eine angestoßene Saite einer Geige kommen zum Stillstand, wenn keine weiteren Kräfte auf sie einwirken. Die Kraft, die das Ende der Schwingung bewirkt, nennt man Dämpfung. Oftmals handelt es sich bei den Dämpfungskräften um Reibung.

Ein schwingfähiges System schwingt dann mit der so genannten Eigenfrequenz, wenn man dieses System zu Schwingungen anregt und anschließend sich selbst überlässt. Diese stets gedämpften Schwingungen bezeichnet man auch als Eigenschwingungen. Jedes schwingende System kann mehrere Eigenfrequenzen besitzen, wobei die angeregten Eigenschwingungen sich überlagern. Von der so genannten Resonanzfrequenz spricht man, wenn das System sich in Resonanz befindet. In diesem Falle nehmen die Amplituden der resultierenden Schwingung maximale Werte an. Den größten Wert erreichen die Amplituden, wenn die Erregerfrequenz gleich der Resonanzfrequenz ist. Das schwingende System kann dabei derart stark schwingen, dass es sich quasi selbst zerstört. Mit diesem Problem beschäftigt man sich z. B. bei der Konstruktion von Gebäuden und Brücken.

Siehe auch Obertöne; Oszillograph; Oszilloskop; Schall; Welle; Resonanz (Elektronik)