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Was ist ein Schlangenpendel?
Ein Schlangenpendel besteht aus fünfzehn Kugeln, die nebeneinander an Fäden unterschiedlicher Länge aufgehängt sind. Eine mitgelieferte Anstoßlatte sorgt dafür, dass alle Kugeln gleichzeitig und mit derselben Auslenkung in Bewegung versetzt werden. Weil jede Kugel durch ihre individuelle Fadenlänge eine eigene Schwingungsdauer besitzt, driften die Kugeln nach dem Anstoßen zunächst scheinbar unkoordiniert auseinander.
Nach kurzer Zeit zeigt sich jedoch: Die Bewegung ist alles andere als zufällig. Die unterschiedlichen Schwingungsdauern erzeugen fortlaufend wechselnde, aber exakt vorhersagbare Muster – von einer wandernden Welle bis zu einem sich schlängelnden Band aus Kugeln.
- ✓Fünfzehn Kugeln mit fein abgestuften Fadenlängen bilden das Grundgerüst.
- ✓Eine Anstoßlatte im Lieferumfang startet alle Kugeln gleichzeitig.
- ✓Aus scheinbarem Chaos entsteht innerhalb von Sekunden ein sich stetig wandelndes Muster.
Funktionsweise im Video
Wie eindrucksvoll sich das Muster in Echtzeit entwickelt, zeigt dieses Demonstrationsvideo aus einer physikalischen Lehrsammlung:
Die Physik: Galileis Pendelgesetz
Grundlage des Schlangenpendels ist eine Erkenntnis, die bereits Galileo Galilei im sechzehnten und siebzehnten Jahrhundert beschrieb: Die Schwingungsdauer eines Pendels hängt bei kleinen Auslenkungen ausschließlich von der Fadenlänge ab – nicht vom Gewicht der Kugel und nicht von der Stärke des Anstoßes. Längere Fäden führen zu längeren Schwingungszyklen, kürzere Fäden zu kürzeren.
Mathematisch lässt sich die Schwingungsdauer T eines Pendels mit folgender Formel berechnen, wobei l für die Fadenlänge und g für die Erdbeschleunigung steht:
T = 2π √(l / g)
Beim Schlangenpendel sind die fünfzehn Fadenlängen bewusst so berechnet, dass das längste Pendel genau einundfünfzig Schwingungen pro Minute ausführt, während das kürzeste auf fünfundsechzig Schwingungen kommt. Jede Kugel dazwischen erhält eine fein abgestufte Fadenlänge, sodass die Anzahl der Schwingungen pro Minute gleichmäßig zwischen diesen beiden Werten verteilt ist.
Wie stark sich die Fadenlänge dabei schon bei kleinen Unterschieden in der Schwingungszahl verändert, zeigt diese Beispielrechnung nach der Formel oben:
| Schwingungen pro Minute | Fadenlänge |
|---|---|
| 51 | 34,4 cm |
| 52 | 33,1 cm |
| 53 | 31,8 cm |
| 54 | 30,7 cm |
| 55 | 29,6 cm |
| 56 | 28,5 cm |
| 57 | 27,5 cm |
| 58 | 26,6 cm |
| 59 | 25,7 cm |
| 60 | 24,8 cm |
| 61 | 24,0 cm |
Warum entsteht das Wellenmuster?
Da jede Kugel eine eigene, leicht unterschiedliche Schwingungsdauer besitzt, geraten die Kugeln nach dem gemeinsamen Start zunehmend außer Takt zueinander. Genau dieses allmähliche Auseinanderdriften erzeugt die wandernden Wellen- und Schlangenmuster, die charakteristisch für dieses Physikspielzeug sind.
- 1Alle fünfzehn Kugeln mit der Anstoßlatte gleichzeitig und gleich weit auslenken.
- 2Loslassen und beobachten, wie sich die Kugeln zunehmend außer Takt bewegen.
- 3Nach etwa einer Minute schwingen alle Kugeln wieder exakt gleichzeitig.
Der Effekt in groß: Ein zweites Beispiel
Wie beeindruckend derselbe Effekt mit deutlich mehr Pendeln und größerem Aufbau wirkt, zeigt dieses zweite Video:
Das Schlangenpendel und verwandte Klassiker
Diese drei Pendel-Klassiker sind aktuell lieferbar:
Das Wichtigste auf einen Blick
- ✓Fünfzehn Kugeln mit unterschiedlich langen Fäden erzeugen wandernde Wellenmuster.
- ✓Grundlage ist Galileis Pendelgesetz: Die Schwingungsdauer hängt nur von der Fadenlänge ab.
- ✓Das längste Pendel schwingt einundfünfzig, das kürzeste fünfundsechzig Mal pro Minute.
- ✓Nach etwa einer Minute synchronisieren sich alle Kugeln wieder von selbst.
