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Faraday Waves

2023-06-15T12:10:09Z

Demian Schöneberger: /* Theorie */

==Thema==

'''Aufgabenstellung'''

A droplet of less viscous liquid floating in a bath of a more viscous liquid develops surprising wave-like patterns when the entire system is set into vertical oscillation. Investigate this phenomenon and the parameters relevant to the production of stable patterns.

'''Übersetzung'''

Ein Tropfen einer weniger viskosen Flüssigkeit, der in einem Bad mit einer viskoseren Flüssigkeit schwimmt, entwickelt überraschende wellenartige Muster, wenn das gesamte System in vertikale Schwingungen versetzt wird. Untersuchen Sie dieses Phänomen und die Parameter, die für die Erzeugung stabiler Muster relevant sind.

'''Leitfragen'''

* Welche Flüssigkeiten eignen sich für den Tropfen und das Bad?
* Kannst Du die "surprising wave-like patterns" beobachten?
* Welche Eigenschaften (Frequenz, Amplitude, Form) der vertikalen Oszillation sind wichtig?
* Wie kannst Du die Eigenschaften der Flüssigkeiten variieren und welchen Einfluss haben sie?
* Bei welchen Parameterkombinationen entstehen stabile Strukturen?

==Theorie==
Die "surprise wave like Patterns" entstehen durch die Wechselwirkung zweier Kräfte.

Hier spielt der Strahlendruck (Radiation Pressure) und der Laplace Druck eine Rolle. Dieser ergibt sich dich die Young-Laplace Gleichung die die Oberflächenspannung eines Tropfens beschreibt.

Aus dieser Wechselwirkung lässt sich folgende Formel herleiten:

ρ(ωA)2≈σ/R

ρ = Tropfendichte

ω = Wellenfrequenz

A = Amplitude

σ = Oberflächenspannung

RO = Radius

Grundsätzlich unterscheide ich hier zwischen zwei Typen nähmlich Archetyp I und Archetyp II

Für Archetyp I lässt sich der Dimensionsloser Parameter aO herleiten, welcher bei bestimmten Schwellwerten unterschiedliche Formen bildet.

a_0=(P_1 ω^2 "ζ" _0^( 2))/(4("σ" _1/R0)^ )

ω = πf0 Wellenwinkelfrequenz (f0=100 Hz)

ζ0 = Wellenamplitude (0,5 mm)

RO= Linsenradius (ca. 1cm)

Archetyp II:

a_0=(P_1 ω^2 "ζ" _0^( 2))/(4("σ" _12/R0)^ )

Hier ist die Oberflächenspannung deutlich kleiner als bei Archetyp I, weshalb sie eine Einheit kleiner ist.

==Aufbau==
[[Datei:Versuchsaufbau .png|links|mini]]

Links zu sehen ist der aktuelle Versuchsaufbau. Zu sehen ist ein Frequenzengenerator angeschlossen an ein Lautsprecher in dem sich ein auswechselbares Gefäß befindet.

==Daten==
Hier kommen keine Rohdaten sondern möglichst gut ausgewertete Daten rein - Graphen, Ausgleichskurven, etc. mit Fehlerbetrachtung!
==Fazit==
Eine kurze Zusammenfassung eurer Erkenntnisse.
==Erfolge==
GYPT Onlinewettbewerb zweiter Platz
==Quellen==
Eure wichtigsten verwendeten Quellen mit Verweisen im Text!

Projektübersicht

2023-06-15T12:01:50Z

Demian Schöneberger:

{| class="wikitable sortable"
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!Wettbewerbe und Erfolge
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|Demian Schöneberger
|GYPT Online Wettbewerb 2. Platz
|Fluidphysik
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|Jugend forscht: 3. Platz Regionalwettbewerb (Physik)
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|Jugend forscht: Sonderpreis (Regio)
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GYPT Teamwertung Silber und Bronzemedallien
|Mechanik
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|[[Thermoacoustic Engine Q2|Thermoacoustic Engine]]
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GYPT Einzelplatzierungen
|Thermodynamik, Akustik
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|2022/23
|[[Thermoacoustic Engine]]
|Lara Hermes, Katharina Horn-Phenix, Rasmus Stegelmann
|Jugend Forscht: 1. Platz Regionalwettbewerb (Physik)
BeGYPT Einzelplatzierungen

GYPT Einzelplatzierungen

GYPT Teamwertung Silber-Medallie
|Thermodynamik, Akustik
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|2022/23
|[[Ball on a Ferrite Rod|Ball on Ferrite Rod]]
|Fabian Schmitt, Philipp Werner

|Jugend Forscht: 3. Platz Regionalwettbewerb (Physik)
BeGYPT Einzelplatzierung 2

BeGYPT Gruppenplatzierung 1

GYPT Einzelplatzierung 17
|Mechanik, Stochastik
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|2022/23
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|Jugend Forscht: 1. Platz Regionalwettbewerb (Physik)
Jugend Forscht: 3. Platz Landeswettbewerb (Physik)
|Thermodynamik,
Hydrodynamik,

Konvektion
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|Lara Hermes,
Rasmus Stengelmann,

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|Jugend-Forscht: 2. Platz Landeswettbewerb (Geo- und Raumwissenschaften)
|Granulare Materie, Kapillareffekt
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|2021/22
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|Fabian Schmitt,
Philipp Werner,

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|Jugend Forscht: 2. Platz Regionalwettbewerb (Mathematik/Informatik)
GYPT Einzelplatzierungen 6 und 11

GYPT Gruppenplatzierung 2 und 7

BeGYPT Einzelplatzierungen 1 und 3

BeGYPT Gruppenplatzierungen 1

Bronzemedaille im AYPT 2022
|Mechanik, Stochastik
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|2021/22
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|Jugend Forscht: 1. Platz Landeswettbewerb (Physik),
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Silber-Medaille im IYPT 2022
|Fluiddynamik, Konvektion, Sedimentation
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|2018/19
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| GYPT: Best Report, Top 10 Einzelwertung
|Fluidmechanik, Frequenzanalyse
|-
|2017/18
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|Timo Huber
|Jugend Forscht: 1. Platz Landeswettbewerb (Physik)
|Fluidmechanik, Modellbau
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| Dr. Falk Ebert
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|Vorlage
|}

Faraday Waves

2023-06-02T10:45:25Z

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==Thema==

'''Aufgabenstellung'''

A droplet of less viscous liquid floating in a bath of a more viscous liquid develops surprising wave-like patterns when the entire system is set into vertical oscillation. Investigate this phenomenon and the parameters relevant to the production of stable patterns.

'''Übersetzung'''

Ein Tropfen einer weniger viskosen Flüssigkeit, der in einem Bad mit einer viskoseren Flüssigkeit schwimmt, entwickelt überraschende wellenartige Muster, wenn das gesamte System in vertikale Schwingungen versetzt wird. Untersuchen Sie dieses Phänomen und die Parameter, die für die Erzeugung stabiler Muster relevant sind.

'''Leitfragen'''

* Welche Flüssigkeiten eignen sich für den Tropfen und das Bad?
* Kannst Du die "surprising wave-like patterns" beobachten?
* Welche Eigenschaften (Frequenz, Amplitude, Form) der vertikalen Oszillation sind wichtig?
* Wie kannst Du die Eigenschaften der Flüssigkeiten variieren und welchen Einfluss haben sie?
* Bei welchen Parameterkombinationen entstehen stabile Strukturen?

==Theorie==
Die Theorie hinter der Entstehung von Surprise Wave like Patterns ist sehr komplex, und ich untersuche sie aktuell noch, zudem verbirgen sich hinter jeder Form andere komplexe Physikalische Phänomene.

Was sich simpel erklären lässt, ist die enstehung von den "normalen" Faradayschen Wellen, die stehenden Wellen. Diese zeichnen sich auf dem Tropfen bei bestimmten Frequenzen ab.

Diese entstehen durch die Interferenz zweier Wellen: einer hinlaufenden Welle und einer reflektierten Welle. Wenn eine Welle auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien trifft, zum Beispiel auf eine Wasseroberfläche, wird ein Teil der Welle reflektiert und eine Gegenwelle erzeugt. Wenn diese beiden Wellen miteinander interferieren, entstehen stehende Wellen auf der Oberfläche des Tropfens.

Die stehenden Wellen zeigen sich als Bereiche mit erhöhter oder verringerte Amplitude auf der Tropfenoberfläche. An den Stellen, an denen sich die hinlaufende und die reflektierte Welle in Phase befinden, verstärken sie sich gegenseitig und erzeugen Bäuche, also Bereiche mit erhöhter Amplitude. An den Stellen, an denen sich die beiden Wellen in entgegengesetzter Phase befinden, heben sie sich gegenseitig auf und erzeugen Knoten, also Bereiche mit minimaler oder sogar keiner Amplitude.

==Aufbau==
[[Datei:Versuchsaufbau .png|links|mini]]

Links zu sehen ist der aktuelle Versuchsaufbau. Zu sehen ist ein Frequenzengenerator angeschlossen an ein Lautsprecher in dem sich ein auswechselbares Gefäß befindet.

==Daten==
Hier kommen keine Rohdaten sondern möglichst gut ausgewertete Daten rein - Graphen, Ausgleichskurven, etc. mit Fehlerbetrachtung!
==Fazit==
Eine kurze Zusammenfassung eurer Erkenntnisse.
==Erfolge==
GYPT Onlinewettbewerb zweiter Platz
==Quellen==
Eure wichtigsten verwendeten Quellen mit Verweisen im Text!

Datei:Versuchsaufbau .png

2023-06-02T10:43:15Z

Demian Schöneberger:

Versuchsaufbau