Stabmagnete am Faden - große Reichweite erzeugt gekoppelte Schwingung

Was ist gekoppelte Schwingung? Wie weit reichen die Kräfte kleiner Stabmagnete? Ein verblüffendes Experiment!

Stabmagnete am Faden - große Reichweite erzeugt gekoppelte Schwingung

So wird ein Stabmagnet am dünnen Faden aufgehangen...

Stabmagnete am Faden - große Reichweite erzeugt gekoppelte Schwingung

...läßt man ihn frei hängen, wird er zum Kompaß.

Stabmagnete am Faden - große Reichweite erzeugt gekoppelte Schwingung

Die Stabmagnete in einer Reihe aufgehangen...

Stabmagnete am Faden - große Reichweite erzeugt gekoppelte Schwingung

...richten sich zueinander aus. Der erste und der letzte Magnet tanzen etwas aus der Reihe.

Stabmagnete am Faden - große Reichweite erzeugt gekoppelte Schwingung

Fehlen der 2. und der 4. Magnet, richten sich nicht mehr zueinander aus.

Stabmagnete am Faden - große Reichweite erzeugt gekoppelte Schwingung

Die gekoppelte Schwingung in Aktion!

Kleine Stabmagnete aus einem Magnetspiel für Kinder haben eine recht starke Magnetwirkung. Wie weit magnetische Kräfte reichen können, soll mit diesem Versuch gezeigt werden.

Wir benötigen für diesen Versuch:

  • 5 kleine Stabmagnete (es können auch mehr sein),
  • dünnen Faden,
  • einen waagerechten Stab oder eine straff gespannte Schnur in 1-2 m Höhe.

Der waagerechte Stab sollte eine feste Lagerung haben und nicht wackeln. Wird stattdessen eine Schnur verwendet, sollte sie möglichst straff gespannt sein und nicht wackeln. Die Magnete werden zunächst an einem dünnen Faden befestigt, so daß sie ziemlich genau in der Mitte ihre Aufhängung haben. Läßt man einen Magneten frei hängen, dann sollte er eine waagerechte Lage einnehmen (1. Bild oben). Er wird dann übrigens zu einem Kompaß, er richtet sich in Nord-Süd Richtung des Erdmagnetfeldes aus (2. Bild von oben)!

An dem Stab werden die Magnete im Abstand von ca. 15 cm aufgehangen, die Länge des Fadens bei jedem Magneten sollte möglichst gleich sein. Beim Aufhängen muß man ruhig und langsam vorgehen, die Magnete ziehen sich beim Hin- und Herpendeln gern an.

Wenn alle Magnete zur Ruhe gekommen sind (das kann eine Weile dauern!), dann hängen sie im gleichen Abstand, aber ziehen sich bereits so stark an, daß der Nordpol eines Magneten den Südpol des nächsten anzieht usw. Sie bilden einen langen Stabmagneten (3. u. 4. Bild von oben)! Nur die äußeren Magnete tanzen etwas aus der Reihe und wollen sich im Erdmagnetfeld ausrichten, ihnen fehlen auf einer Seite die Nachbarn.

Entfernt man den 2. und 4. Magneten, d.h. Nr. 1, 3 und 5  (von einer Seite gezählt) bleiben hängen, dann reicht die magnetische Wirkung nicht mehr, um die Magnete zueinander auszurichten (5.Bild von oben).

Bevor wir unser Magnetexperiment starten, müssen wir dafür sorgen, daß alle Magnete ruhig hängen und nicht schwingen. Es ist auch hiflreich, darauf zu achten, daß kein Luftzug durch das Zimmer weht. Wenn wir uns im Zimmer bewegen, dann möglichst nicht zu schnell, damit wir selbst keine starke Luftbewegung verursachen. Wir heben nun mit einer Hand den 1. Magneten etwas an und versetzen ihn in Rotation.

Dann, wenn er ruhig am Faden rotiert, senken wir ihn langsam in seine Endlage ab und überlassen alle Magnete sich selbst. Die Rotation wird durch den Nachbarmagneten gebremst und geht in eine Schwingung über. Ein Teil der Energie dieser Schwingung überträgt sich auf den Nachbarmagneten, auch dieser beginnt zu schwingen. Das versetzt den nächsten Magneten in Schwingung usw. Die Übertragung dieser Schwingung geht recht schnell.

Am Ende erhalten wir ein System, in dem die Magnete alle irgendwie zusammen schwingen. Allerdings schwingen sie nie alle gleich, sondern es gehen Schwingungsmaxima und -minima wie Wellen durch die Magnete. Physiker nennen dies ein System gekoppelter Schwingungen. Der Versuch gelingt übrigens u.a. deshalb so gut, weil es fast keine Reibung gibt, die die Schwingungen abbremst. Dies erkennt man auch daran, daß es sehr lange dauert, bis das ganze System wieder zur völligen Ruhe kommt

Variationen des Versuch können sein:

  • Wiederhole den Versuch ohne Magnet Nr.2 und 4. Reicht die magnetische Wirkung, damit alle Magnete schwingen?
  • Laß alle 5 Magnete ruhig hängen und laß den mittleren Magneten wie eine Schaukel schwingen. Was passiert?
  • Über wie viele Stationen läßt sich Schwingungsenergie übertragen (in unserem Versuch betrug der Abstand zwischen den Magneten 15cm, bei den 5 Magneten war der höchste Abstand außen also 60 cm)?



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