Bastele eine hypnotisierende Pendelwelle!

Achtung: Experiment von einem Erwachsenen überwachen lasssen! (siehe Abschnitt Gefahrenhinweis). 

Durchführung

Knote einen ca. 75 cm langen Faden an eine große Schraubenmutter. Wiederhole das mit insgesamt 8 bis 10 Schraubenmuttern. In eine um die 1 Meter lange Holzleiste bohrst du jetzt Löcher. Alle in gleichem Abstand zueinander und insgesamt so viele, wie du Schraubenmuttern nimmst. Die Löcher sollten so groß sein, dass du durch jedes Loch einen Faden fädeln kannst. Du kannst dir dabei mit einer großen Nadel helfen.

Schraube jeweils neben einem Loch eine Holzschraube zu etwa einem Drittel ihrer Länge in die Leiste. Damit das leichter geht, kannst du für die Schraube ein Loch vorbohren. An einer Schraube knotest du jeweils einen Faden fest.

Lege die Holzleiste waagerecht auf 2 Tischböcke oder Stuhllehnen und befestige sie an jeder Seite mit 2 Schraubzwingen oder großen Klammern. Beides bekommst du im Baumarkt.  Die Schraubenmuttern sollten jetzt an ihren Fäden senkrecht nebeneinander nach unten hängen. Damit ist der Grundaufbau fertig.

Wickele jetzt die einzelnen Fäden so oft um ihre Holzschraube, dass die Fäden von der einen zur anderen Seite des Aufbaus immer etwas kürzer werden. Die Schraubenmuttern hängen jetzt in einer leicht ansteigenden Linie. Um eine schöne Pendelwelle zu erhalten, musst du jetzt noch etwas Zeit in das Justieren stecken. Das geht am besten, indem du dich von einer Seite zur anderen durcharbeitest. Nimm die ganz außen hängende Schraubenmutter mit dem längsten Faden zusammen mit ihrer Nachbarin, lenke sie aus und lasse sie gleichzeitig los. Dann zählst du die Schwingungen, bis sie wieder für eine Schwingung gemeinsam schwingen. Verlängere oder verkürze den Faden der innen liegenden Schraube, bis die Fadenlänge so eingestellt ist, dass die beiden Muttern nach ca. 50 bis 60 Schwingungen wieder für eine Schwingung synchron sind. Wenn sie sich zu schnell wieder synchronisieren, verlängere den Faden der innen liegenden Mutter, dauert es zu lange, verkürze ihn. Die Feinabstimmung ist wie das Stimmen eines Musikinstrumentes: Du drehst dafür vorsichtig an der Schraube, um die der Faden gewickelt ist.

Angenommen, du kommst auf 55 Schwingungen für die äußere Mutter, dann sollte die Nachbarin 56mal in der gleichen Zeit schwingen. Justiere jede weitere Mutter so, dass sie jeweils eine Schwingung mehr durchführt, bevor sie mit den bereits justierten Muttern wieder synchron ist. Eventuell benötigst du dafür mehrere Durchgänge. Je genauer du justierst, umso beeindruckender wird deine Pendelwelle. Wenn du die Fadenlängen genau aufeinander abgestimmt hast, lenke alle Muttern mit einer Leiste aus und lasse sie gleichzeitig los. Lehne dich dann zurück und beobachte die faszinierenden Schwingungsmuster deiner Pendelwelle!

Prinzip

Hinter dem Experiment steckt das Prinzip, dass die Dauer einer Pendelschwingung im idealen Fall nur von der Länge des Pendels abhängt. Bei unserem Aufbau der Pendelwelle bestimmt also die Länge des Fadens, wie schnell jede einzelne Mutter hin und herschwingt. Die Mutter mit dem längsten Faden braucht am längsten für eine Schwingung, die Mutter mit dem kürzesten Faden braucht am wenigsten Zeit für eine Schwingung.

Dieses Prinzip hat man früher bei Pendeluhren praktisch angewandt. Das Pendel ist bei solchen Uhren der Taktgeber. Dabei ist es egal, wie weit das Pendel auslenkt oder wie schwer es ist, da seine Schwingungsdauer - zumindest theoretisch - nur von seiner Länge abhängt. Wenn eine Pendeluhr zu schnell läuft, muss man also das Gewicht auf dem Pendelstab etwas nach unten schieben, man vergrößert dadurch die Länge des Pendels, es schwingt dann langsamer. Läuft eine Pendeluhr zu langsam, muss man das Gewicht nach oben schieben, um die Länge des Pendels zu verkürzen, es schwingt dann schneller.

Gefahrenhinweis

Achte darauf, dich beim Bohren der Löcher oder beim Hantieren mit spitzen Werkzeugen nicht zu verletzen! Lass dir dabei von einem Erwachsenen helfen.

Tipps

Probiere mehrere Fadensorten aus, bevor du dich für eine Sorte entscheidest. Der Faden sollte möglichst wenig elastisch sein. Sehr wichtig ist auch, dass er sich möglichst wenig um seine Längsachse dreht, wenn man ein Gewicht an ihn hängt. Um das zu testen, hänge verschiedene Fadensorten nebeneinander auf, jeweils mit einer Mutter beschwert. Lasse sie ein paar Mal hin und her pendeln. Entscheide dich für den Faden, bei dem die Mutter am stabilsten hängt, sich also am wenigsten um ihre eigene Achse dreht.

Manchmal  stoßen sich die Muttern beim Pendeln gegenseitig an. Hänge sie also nicht zu dicht nebeneinander auf! Experimentiere auch, wie du die Pendelrichtung am besten beeinflussen kannst. Man kann dafür zum Beispiel die Form des Lochs ganz vorsichtig mit einer Ahle anpassen. Dieses Stech-Werkzeug heißt auch Vorstecher oder Pfriem und ist nichts anderes als eine dicke Nadel mit stabilem Griff. Du kannst die Ahle in das Loch stecken und in der gewünschten Pendelrichtung leicht hin- und her bewegen, um dem Loch einen leicht ovalen Durchmesser zu geben um so den Faden in die richtige Pendelebene zu lenken.

Autor: Ingo Knopf/scienceRELATIONS
Video: Ingo Knopf