Facharbeit: Bistabiler Schwinger und einige Fragen

[And.!]

Momentan sitze ich an meiner Facharbeit im Seminarfach der 12. Klasse. Als Thema haben wir die Simulationen von verschiedenen Systemen. Meine Facharbeit handelt von der Simulation des bistabilen Schwingers (kenne keine technische Umsetzung abgesehen vom FlipFlop). Grob zusammengefasst ist es ein Feder-Masse-Schwinger mit einem Dämpfungsterm 3. Ordnung (x³).

Das Simulationmodell (ab Seite 143) , welches ich mit dem Programm Powersim erstellt habe, funktioniert und ich verstehe die einzelnen Terme größtenteils. Passend zum Thema nehmen wir in Physik auch das Thema Schwingungen durch, weshalb ich schon einige Grundkenntnisse habe.

Jetzt zu meinen Fragen:
Kennt jemand praktische Beispiele für einen bistabilen Schwinger, der auch mechanisch funktioniert und seine Einsatzgebiete? Ich kann mir darunter nämlich nicht viel drunter vorstellen, da alles viel zu mathematisch ist.

 

[ghettokn00b]

ohne jetzt irgendwas über dein thema genau gelesen zu haben...

feder-masse-schwinger sind z.B. stoßdämpfer eines autos.
analog in der elektrotechnik schwingkreise.

 

[And.!]

Ja das ist mir bewusst, nur dass mein Schwinger 2 Gleichgewichtspunkte (Ruhelagen) hat. Das nennt sich Bistabilität und ich weiß nicht, wo man solche Federn einsetzen könnte. Ein FlipFlop hat zwar auch 2 mögliche Gleichgewichtspunkte (Ruhelagen) die er nur durch Fremdeinwirkung ändert, so weit ich weiß schwingt er aber nicht.

 

[kickr.]

Also ich kenne das nur von der Elektrotechnik (aber vllt. Hilfts dir ja weiter).

Das heißt dann z.B. Bistabiler Multivibrator. Damit kannst du ja im Prinzip eine Frequenz erzeugen, weil es ja ständig wechselt. So kannst du z.B. Lampen Ein- und Ausschalten. Oder in Laboren gibts doch manchmal diese Bäder - also ein Becken, was quasi immer gleichmäßig hin und her schwingt - dazu könnte man sowas Theoretisch auch verwenden.

FlipFlop ist was anderes. Hast schon recht, ein FlipFlop schwingt nicht - es sei denn, an den Eingängen liegt so eine Schwingung. Wird aber normalerweiße nicht gemacht.

 

[Götterwind]

Ein etwas größeres Beispiel wäre unser Geodynamo, damit auch unser Erdmagnetfeld.

In der Optik gibt es einige Anwendungen, allerdings würde es doch einiges an Grundwissen verlangen, dieses auch zu erklären. z.B.:
Es gibt Bistabile Laser Oszillatoren, bei denen man die Ausgangspolarisation schalten kann. Mal ganz abgesehen von Resonatoren mit sättigbaren Absorbern...

 

[And.!]

Wow das sind schon viele gute Vorschläge und ich bin auch sehr dankbar, trotzdem Verstehe ich nicht, warum man einen Bistabilen Schwinger simuliert, den es als mechanisches Gegenstück wahrscheinlich nicht gibt.

Ich finde es ein bisschen blöd, wenn die FA völlig auf theoretischen Tatsachen beruht und man keine wirklich existierenden Beispiele dafür nennen kann.

Ist es schlimm, wenn ich aufbauend auf mein Thema, ersteinmal den linearen Schwinger (einfaches Feder-Masse-Schwinger) ohne Dämpfung erkläre und dann Schritt für Schritt den Dämpfungsterm hinzufüge, oder würde das schon als Abwichen vom Thema gewertet werden? Schließlich baut alles auf einfache Schwingungen auf, was aber in dem von mir verlinkten Buch, ein eigenes Kapitel ist.

 

[Sherman123]

Abgesehen von der Elektrotechnik: In der Polymerchemie verwendet man das sogenannte Maxwell Modell zur Beschreibung der besonderen viskoelastischen Eigenschaften von Kunststoffen. Das ist allerdings sehr speziell - für die Hintergründe benötigt man einiges an Grundlagen. Allerdings reichen diese Ansätze um mathematisch die beschreibende Differentialgleichung herzuleiten....

http://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell_material
Hier Seite 27 bis 29: http://www.pharmtech.uni-erlangen.de/prak_seminar/Grundlagen der RheologieWS0506.pdf

 

[And.!]

Langsam fang ich an zu verstehen, dass die Simulation Vorgänge beschreibt, in denen etwas aus dem Gleichgewicht gebracht wird, und dann in einen der beiden Gleichgewichtspunkte zurückkehrt.

In der Aufgabenstellung steht:
"In Physik und Technik haben Systeme mit einem Duffing-Term, dem Auftreten einer Zustandsgröße in der dritten Potenz, eine erhebliche praktische Bedeutung - so etwa bei durch Schwingungen erregten elastischen Strukturen oder bei Relaxations-Schwingkreisen."

Laut Wikipedia ist die Relaxation das Rückkehren eines System in sein GGW. Soweit verständlich.
Zu einem "Relaxations-Schwingkreis" kann ich nichts finden und vorstellen auch nicht, da ein Schwingkreis der gedämpft ist normalerweise doch keiner ist? Ein Schwingkreis schwingt durch Energiezugabe normalerweise immer weiter, anstatt nach einigen Schwingungen anzuhalten. Oder habe ich da was falsch verstanden?

 

[Götterwind]

Jede (existierende) Schwingung ist gedämpft.

 

[And.!]

Ich habe mich etwas ungeschickt ausgedrückt. Natürlich ist jede Schwingung gedämpft, aber ein Schwingkreis soll durch Energiezugabe nicht zum Stillstand kommen. Wenn das nun ein Relaxations-Schwingkreis ist, müsste er demnach zum Stillstand kommen und dann wäre das doch kein Schwingkreis mehr?

Also entweder ich habe einige Denkfehler, oder das ausgehändigte Material ist fehlerhaft?

 

[mdave]

Ein Schwingkreis schwingt durch Energiezugabe normalerweise immer weiter, anstatt nach einigen Schwingungen anzuhalten. Oder habe ich da was falsch verstanden? [...]
müsste er demnach zum Stillstand kommen und dann wäre das doch kein Schwingkreis mehr?


Ein Schwingkreis ist erstmal ein prinzipell resonanzfähiges Gebilde. Selbst tut er gar nichts, wenn du ihn nicht anregst.
Vergleiche mal Schwingkreis und Oszillator.

Gruß,
David

 

[And.!]

Habe die Arbeit heute abgegeben und möchte mich noch für die Hilfe bedanken . Ohne das Forum wäre ich auf vieles nicht gekommen, da Google bei diesem Thema auch nicht weiterhalf .