Oszillatoren

Eine Bewegungsform, die man nicht nur in mechanischen Systemen antrifft, ist der Oszillator. Federpendel oder mathematisches Pendel sind nur die mechanische Realisierung der gleichen Art der Bewegung, wie sie auch in einem elektrischen Schwingkreis, einem Kristall oder einem Molekül vorkommen. Diese Universalität hängt natürlich mit dem Verhalten eines wechselwirkenden Systems in der Nähe seines Gleichgewichtes zusammen. Die Wechselwirkung zwischen zwei Atomen in einem Molekül lässt sich bei kleinen Auslenkungen aus dem Gleichgewichtsabstand durch ein quadratisches Potential approximieren, genauso wie die Wechselwirkung zwischen der Pendelmasse und dem Gravitationsfeld der Erde.

Schaut man jedoch genauer hin, so stellt man fest, dass Oszillatoren in der Regel nicht harmonisch (also durch ein lineares Kraftgesetz bzw ein quadratisches Potential bestimmt) sind. Die Dynamik nichtlinearer Systeme führt unter bestimmten Bedingungen auf eine ganz andere, phänomenologisch verwirrende Bewegungsform: das Chaos.

Harmonischer Oszillator: |V5.x|V9.x| Die lineare Rückstellkraft eines harmonischen Oszillators sorgt für geordnete Bewegungsformen: Schwingungen um eine stabile Gleichgewichtslösung oder das typische Grenzkreisverhalten eines getriebenen Oszillators.
Das mathematische Pendel: |V5.x|V9.x| Chaos und Ordnung liegen in einem nichtlinearen System oft dicht beieinander. Das Arbeitsblatt führt den Begriff des deterministischen Chaos ein.