Amplitude – Charakteristikum einer Schwingung

Den Begriff “Amplitude” finden wir nicht nur in Physik und Mathematik, sondern auch in vielen anderen Naturwissenschaften wie Chemie, Biologie und Medizin. Die Amplitude ist dabei eine wichtige “messbare” Eigenschaft zur Beschreibung von Schwingungen. Die Amplitude ist gemäß einer einfachen Definition die maximale Auslenkung und nicht nur auf Schwingungen eines Pendels anwendbar, sondern auch den zeitlichen Verlauf einer Wechselspannung (= Elektrotechnik) oder Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle (= Optik). Der Begriff “Amplitude” wird in der Schule in der Regel in Zusammenhang mit Schwingungen eines Pendels eingeführt, wobei die Amplitude die maximale Auslenkung des Pendels aus der Ruhelage ist.

Amplitude – Charakteristikum einer Schwingung

Da in der Einleitung oft das Wort “Auslenkung” gefallen ist: Die Begriffe Amplitude und Auslenkung dürfen nicht miteinander verwechselt werden. Im Allgemeinen definiert ist die Auslenkung ein momentaner Wert einer Schwingung (die Auslenkung des Pendels zu einer bestimmten Zeit). Die Amplitude hingegen ist der Maximalwert einer Auslenkung (wichtig: die Auslenkung muss sich dabei periodisch ändern, z.B. Schwingung eines Pendels).

Die Amplitude wird in der Regel am Beispiel des Pendels eingeführt. Vernachlässigt man den Luftwiderstand und Reibungseffekte, so führt ein Federpendel eine ungedämpfte harmonische Schwingung aus. Trägt man die Auslenkung des Pendels in Abhängigkeit der Zeit auf, so erhält man in graphischer Auftragung eine sinusförmige Schwingung. Daher verbindet man den Begriff “Amplitude” in der Regel mit einer Sinusfunktion.

Hat man bei einem Fadenpendel keine graphische Auftragung (Auslenkung in Abhängigkeit der Zeit), kann man die Amplitude der Schwingung folgendermaßen ermitteln: Die Amplitude der harmonischen Schwingung eines Federpendels ist die Differenz zwischen dem Umkehrpunkt (Pendel hat an diesem Punkt die größte Auslenkung) und dem Ruhepunkt.

Graphisch lässt sich die Amplitude einfacher bestimmen, dazu tragen wir die Auslenkung des Fadenpendels (y-Achse) in Abhängigkeit der Zeit (x-Achse) auf. In der nachfolgenden Abbildung ist die Amplitude der Betrag der maximalen Auslenkung in y-Richtung.

Amplitude – Charakteristikum einer Schwingung

Zusammenfassung Amplitude

• Die Amplitude einer Schwingung entspricht dabei der Höhe “eines Wellenberges bzw. der Tiefe eines Wellentals”. Man sagt auch, die Amplitude ist die maximale Auslenkung der Schwingungen einer Welle (Hinweis bereits hier: Alle mechanischen Schwingungen haben eine Amplitude, bei elektromagnetischen Wellen ist eine direkte Bestimmung der Amplitude nicht möglich).
• Bei einer ungedämpften harmonischen Schwingung ist die Amplitude immer konstant, d.h. der Abstand zwischen der Ruhelage und den beiden Umkehrpunkten (Wellenberg und Wellental) ist immer gleich groß. Hiermit lässt sich die ungedämpfte und gedämpfte harmonische Schwingung voneinander unterscheiden.
• Die Auslenkung (= Elongation) kennzeichnet bei einer Schwingung die momentane Differenz eines Punktes von seiner Ruhelage. Die größte Auslenkung entspricht der Amplitude (und kennzeichnet den Maximalwert der momentanen Periode der Schwingung)
• Die Energie der Schwingung ist proportional zum Quadrat der Amplitude, daher ist die Amplitude auch ein wesentliches Charakteristikum einer Schwingung (vor allem bei mechanischen Schwingungen wie beim Federpendel).