Diesen Artikel habe ich für das NET-Journal
geschrieben und er ist in der Ausgabe 5/6 2001 erschienen. Zum Grossteil
sind es Auszüge aus meinem Vortrag über
Teslatrafos. Er soll einen kurzen Überblick über das Wesen
der Schwingungen an Beispielen aus der Mechanik vermitteln. Es gibt als
Weiterführung auch den
2. Teil, der im
NET-Journal 7/8 2001 erschienen ist und sich mit Schwingungen und Resonanzen
in der Elektrotechnik beschäftigt.
Damit eine Schwingung entstehen kann, sind immer zwei Energiespeicher notwendig. Zwischen denen pendelt die Energie dann ständig hin und her. Es handelt sich also im Prinzip um einen endlosen Ausgleichsvorgang von einem zum anderen Energiespeicher. Die Geschwindigkeit des Ausgleichsvorganges, also die Frequenz der Schwingung ist von der Größe der beiden Energiespeicher abhängig.
Ein einfacher mechanischer Schwingkreis ist ein Pendel. Die beiden Energiespeicher
sind beim Pendel zum einen die Geschwindigkeit der Masse, also kinetische
Energie und zum anderen die Höhe der Masse, also Lageenergie. Die
Schwingung wird gestartet, indem man einmalig Energie zuführt. Das
kann einerseits Lageenergie sein, indem man das Gewicht hochhebt und dann
loslässt, oder es kann kinetische Energie sein, wenn man das Pendel
im Todpunkt anstößt. Beide Methoden führen zum gleichen
Ergebnis, zu einer Schwingung.
So wird z.B. die Höhe des Gewichtes nach dem Loslassen mit Hilfe
der Gravitation sofort in Geschwindigkeit umgewandelt, indem sich das Pendel
zum Todpunkt hin bewegt. Dort erreicht es seine größte Geschwindigkeit
und wenn man diese Höhe als Systemnull bezeichnet, wird seine Lageenergie
im Todpunkt Null. Da jede Masse träge ist, schießt das Pendel
über den Todpunkt hinaus. Jetzt wird die kinetische Energie wieder
in Lageenergie umgewandelt und das Spiel beginnt von Neuem. So weit so
gut, das ist klassische Physik.
Die Besonderheit dieses Vorganges ist die jeweils vollständige
Transformation von einer Energieform zur anderen. Damit der Ausgleich immer
wieder von Neuem beginnen kann, muss jedem Speicher seine gesamte Energie
entzogen und in den jeweils anderen transformiert werden. Wenn immer ein
kleiner Teil zurückbleiben würde, käme die Schwingung bald
zum Stehen, weil sich die Restenergie bei jeder Schwingung erhöht,
bis schließlich ein Gleichgewichtszustand herrscht.
Das ist ein nicht unbedingt üblicher Vorgang in der Physik. Denken
Sie nur einmal an die klassische Wärmelehre. Die besagt, dass ein
kalter Körper nie ohne Eingriffe von außen seine Energie an
einen wärmeren abgeben kann. Es ist demnach sinnlos, ein Gefäß
mit Wasser in einem Raum aufzustellen und zu hoffen, dass es auf Kosten
der Raumtemperatur zu sieden beginnt. Umgekehrt ist es aber der Normalfall.
Ein heißes Gefäß kühlt ab und erwärmt dadurch
den Raum.
Was in der Wärmetechnik also vorerst noch unmöglich ist, findet in einem ganz gewöhnlichen Pendel alltäglich statt. Was uns zur Freien Energie noch fehlt, ist sozusagen ein thermischer Schwingkreis. Denn den gib es bis jetzt noch nicht. Ein solcher wäre in der Lage, die Wärmeenergie aus der Umgebung ohne zusätzlichen Energieaufwand periodisch zu entziehen. Man hätte dann einen 100%igen Thermogenerator gebaut. Die Wärmepumpe ist ein Ansatz in diese Richtung doch es muss ein System gefunden werden, dass selbsttätig arbeitet und keine Energie zur Aufrechterhaltung braucht.
An dieser Stelle möchte ich ein kleines Gedankenexperiment mit
der Wärmepumpe vorstellen:
Stellen Sie sich eine gewöhnliche Wärmepumpe vor. Man
muss ihr eine gewisse Energie zuführen und erhält dadurch eine
größere Energiemenge am Ausgang. Die Differenz wird aus der
Wärmeenergie des verwendeten Mediums gezogen. Gute Wärmepumpen
liefern 4-5 mal so viel Energie wie zum Antrieb notwendig ist. Wenn
wir jetzt einen Teil dieser gewonnenen Wärmeenergie, z.B. mit einem
Stirlingmotor,
in mechanische Energie zurückwandeln, dann können wir sie wieder
dazu benutzten, um die Wärmepumpe anzutreiben. Bei ausreichendem Wirkungsgrad
des Motors bleibt dann sogar noch ein Teil der Nutzwärme über.
Wir haben also eine selbstlaufende Maschine gebaut, die
ihre Energie von selbst aus der Umgebung zieht.
Doch was passiert jetzt, wenn wir so eine Maschine, die gerade mal
ohne Erzeugung von Überschusswärme läuft, in einen
vollkommen wärmeisolierten Behälter stellen ?
Die Maschine wird weiterhin Wärme aus dem Inneren des Behälters
entziehen und zu ihrem Antrieb verwenden. Jetzt ist es aber so, dass natürlich
überall in der Maschine diverse Verluste auftreten. Mann könnte
also annehmen, dass die Maschine irgendwann die Wärme im Inneren des
Behälters aufgebraucht hat und zum Stillstand kommt. Ich behaupte
aber jetzt, dass sie trotzdem weiterlaufen wird. Denn alle nur erdenklichen
Verluste werden am Ende immer wieder in Wärme umgewandelt. Nehmen
wir nur einmal z.B. die Reibung in den Lagern. Diese Energie geht unmittelbar
in Wärme verloren und steht damit sofort wieder für den Antrieb
zur Verfügung. Ähnlich ist es mit Schallwellen, die an einer
entsprechenden Isolierung absorbiert und somit ebenfalls zu Wärme
werden. (Setzt einen zusätzlich auch schalldichten Behälter voraus)
Eine Frage drängt sich jetzt aber auf: Was treibt denn
die Maschine an und warum läuft sie überhaupt ?
Doch nun zurück zu den Schwingungen. Die interessanten energetischen Verhältnisse in einem Schwingkreis machen weitere Überlegungen notwendig und führen zu der Frage: Was gibt einem Schwingkreis die Eigenschaft, so perfekt mit der Energie zu jonglieren ?
Um in der Mechanik zu bleiben, nehmen wir zwei Gewichte, die über
eine Schnur und eine Umlenkrolle miteinander verbunden sind. Das sind eindeutig
zwei voneinander unabhängige und über die Schnur miteinander
verkoppelte Energiespeicher.
Zieht man an jetzt ein Gewicht nach unten, in der Hoffnung so eine
Schwingung anzuregen, so wird man feststellen, dass dies nicht möglich
ist. Das eine Gewicht beschleunigt nach unten und das andere wird hinaufgezogen.
Es wird also die Lageenergie des einen Gewichtes, das talwärts fährt,
in Lageenergie des anderen, aufwärts fahrenden umgewandelt. Trotzdem
schwingen sie nicht. Bei einer reibungslosen Rolle würde das eine
Gewicht immer tiefer hinunterfahren, bis das andere schließlich
an die Rolle stößt.
Wir sehen, es geht nicht mit jeder Kombination von Energiespeichern
! Kinetische- und Lageenergie, also Geschwindigkeit und Höhe, sind
zwei extrem gegensätzliche Energiespeicher. Man könnte hier fast
das bekannte Sprichwort „Gegensätze ziehen sich an“ verwenden. Hier
ist es aber nicht so, dass sie sich anziehen, sondern, dass einer dem anderen
die komplette Energie entzieht. Sie versuchen sich immer gegenseitig der
Energie zu berauben, doch das klappt nicht. Die Natur sucht immer
die harmonische goldene Mitte und so kommt es zu einer Schwingung. Beide
Energiespeicher teilen sich die zur Verfügung stehende Energie zu
gleichen Zeiteinheiten.
Am Beispiel des Pendels sind wir davon ausgegangen, dass die Schwingung
durch einen Eingriff von außen gestartet wird. Doch haben Sie sich
eigentlich schon einmal gefragt, wie es möglich ist, eine Schaukel
auf der man sitzt, in Schwingung zu versetzen ? Dabei gibt es ja keine
Wechselwirkung mit der Umgebung, wenn man den Luftwiderstand einmal vernachlässigt.
Das ist ein Fall, wie er nicht mit den Newton'schen Gesetzen erklärt
werden kann. Denn laut diesen, muss jede Kraft eine gleich große
Gegenkraft besitzen. Das ist aber im Fall der Schaukel nicht möglich,
da keine mechanische Verbindung besteht, über welche die Gegenkraft
wirken könnte. Der Aufhängepunkt nimmt ja nur die Gewichtskraft
auf. Alle internen Kräfte, die auf der Schaukel entstehen müssten
sich gegenseitig aufheben, so dass sie sich nie bewegen könnte. Dass
es aber wirklich funktioniert, wird sicher jeder aus seinen Kindheitserfahrungen
bestätigen können.
Der Fachausdruck für dieses Phänomen lautet parametrische
Schwingungserregung. Wie der Name schon sagt, geht es dabei um die
Parameter eines Schwingkreises, welche ja die Schwingungsfrequenz festlegen.
Es ist nämlich möglich, durch periodische Änderungen eines
Parameters den Schwingkreis anzuregen. Die Änderungen müssen
natürlich im Takt der Schwingung (welche durch die Eigenfrequenz des
Schwingkreises vorgegeben ist) erfolgen, so dass sie sich weiter aufschaukelt.
Das gilt natürlich auch für ein Pendel bzw. eine Schaukel,
welche ja ein mechanischer Schwinger ist. Die Parameter, die die Schwingfrequenz
bestimmen, sind hier nur die Länge des Pendels (Lage des Massepunktes)
und die Schwerkraft. Da die Schwerkraft als gegeben angenommen wird, kann
die Erregung nur über eine Veränderung des Schwerpunktes erfolgen.
Obgleich auch eine Erregung des Pendels durch Gravitationsänderung,
wie z.B. mit der Gravitationsabschirmung
durch Supraleiter, sehr interessant wäre, aber nicht so einfach
zu realisieren ist. Dabei ist dann vielleicht die zur Änderung der
Gravitation nötige Kraft geringer, als der Energiegewinn im Pendel.
Wenn man dazu den Supraleiter nur unter dem Pendel hin- und herschiebt,
sehe ich keine Rückwirkung und wenn, dann nur in der vertikalen Richtung
wo keine Leistung umgesetzt werden kann. Bei der klassischen Erregung über
Schwerpunktverlagerung ist es, wenn man selbst auf der Schaukel sitzt,
relativ leicht die richtige Gewichtsverlagerung zu finden, um die Schwingung
anzuregen. Das kann jedes Kind auch ohne diese theoretischen Erklärungen.
Um die Schaukel parametrisch in Schwingung zu versetzen, muss man ihr natürlich
Energie zuführen. Energie ist bekanntlich Kraft mal Weg. Als Weg hat
man nur die Verschiebung des Körperschwerpunktes zur Verfügung,
doch die Kraft kann sich mechanisch nirgends abstützen. Nur die Fliehkraft
ist in der Lage, die nötige Gegenkraft zur Verfügung zu stellen,
damit Energie umgesetzt werden kann.
Ist die Schaukel am Todpunkt, so beginnt man sich zurückzulehnen,
was den Schwerpunkt nach unten verlagert. Erreicht die Schaukel ihren Maximalausschlag,
steht man wieder auf und hält dann den Schwerpunkt hoch, bis sie wieder
den Todpunkt erreicht. Dann beginnt das gleiche Spiel in rückwärtiger
Richtung. Nur sehr geübte Schaukler schaffen es, auch den hinteren
Arbeitsgang auszuführen. Der bewegliche Massepunkt auf der Schaukel
beschreibt bei richtiger Masseverlagerung in etwa eine liegende Acht.
Daraus lässt sich ein wichtiges Merkmal jeder parametrischen Schwingung
erkennen, nämlich die unterschiedlichen Frequenzen des Erregers und
des Schwingkreises. Die Schaukel muss für eine vollständige Periode,
ausgehend von einem Punkt maximaler Auslenkung, einmal hin und auch wieder
zurückschwingen. In dieser Zeit führt der bewegliche Massepunkt
aber zwei volle Perioden, von seiner Mittellage aus gesehen, aus.
Im Nulldurchgang ist die Fliehkraft am größten (größte Geschwindigkeit), so dass man von selbst nach unten gezogen wird. Im Endpunkt ist sie am geringsten und man kann fast verlustfrei aufstehen. Nur aus der Phasenverschiebung des Tiefpunktes der Masse zum Todpunkt der Schaukel wird Energie umgesetzt. Wenn die Schaukel verlustfrei schwingt, pendelt die Energie nur noch zwischen Massepunkt und Schaukel hin und her. Das kann man sich dann so vorstellen, dass der Massepunkt an einer Feder befestigt ist und nur durch die Fliehkraft bewegt wird. Die dann entstehende Bahn des Massepunktes ist nur noch eine, der Fliehkraft entsprechende, u-förmige Bahn mit der gleichen Frequenz wie die Schaukel. Die beiden Linien, der Acht schieben sich dann zu einer zusammen. Erst wenn Energie zum Antrieb der Schaukel zugeführt wird, ist wieder die doppelte Frequenz notwendig. Sie stellt sozusagen die Asymmetrie dar, durch die Energie ausgekoppelt werden kann.
Bis jetzt haben wir immer nur von Schwingungen gesprochen. Ein Schwingkreis besitzt zwar eine Eigenfrequenz, die eigentlich immer fälschlicherweise als Resonanzfrequenz bezeichnet wird, doch für eine richtige Resonanz müssen zwei Schwingkreise miteinander in Wechselwirkung treten. Dann kann einer den anderen erregen, und es kommt zu noch interessanteren Effekten.
Nehmen wir dazu zwei Pendel, die an einem gespannten Seil aufgehängt
sind. Über das Seil kann keine Drehbewegung auf das andere Pendel
übertragen werden. Nur die rhythmischen Hin- und Herbewegungen des
Seils können das andere Pendel beeinflussen. Wird nun ein Pendel angestoßen,
so schwingt es ganz normal. Im Laufe der Zeit wird es jedoch das andere
Pendel ebenfalls in Schwingung versetzen. Das liegt hauptsächlich
daran, dass beide Pendel die gleiche Eigenfrequenz haben. Mit zwei unterschiedlich
langen Pendel funktioniert das nicht. Das ist die notwendige Abstimmung
auf Resonanz und ohne die geht überhaupt keine Energie auf das andere
Pendel über. Die Bewegung des Seils hat genau die richtige Frequenz,
um das Pendel zu Schwingungen anzuregen.
Was wird jetzt Ihrer Meinung nach passieren, wenn man ein Pendel anstößt
?
Die nahe liegendste Erklärung währe, dass das zweite Pendel
langsam zu schwingen beginnt, bis sich ein Gleichgewicht, ähnlich
wie in der Wärmetechnik, herstellt und beide mit halber Amplitude
schwingen. Dem ist aber nicht so !
Nach einiger Zeit, ist das ursprünglich angestoßene Pendel
vollständig zur Ruhe gekommen, und das andere schwingt dann mit voller
Amplitude. Dieser Vorgang wiederholt sich dann ständig. Es kommt immer
abwechselnd ein Pendel zum Stillstand, während das andere schwingt.
Es wird also je einem Pendel die komplette Energie durch das andere entzogen.
Da haben wir es wieder, wie auch innerhalb eines Schwingkreises, wird
hier eine unausgewogene Energiesituation durch die zeitliche Aufteilung
der gesamten Energiemenge ausgeglichen. Die beiden Energiespeicher sind
in diesem Fall je ein kompletter Schwingkreis. Es wird Energie also in
Form einer Schwingung gespeichert. Interessant ist in diesem Zusammenhang,
dass es hier keines weiteren Gegensatzes, wie etwa Geschwindigkeit und
Höhe, mehr bedarf, um die Ausgleichsschwingung anzuregen. Beide Schwingkreise
tragen ja die Gegensätze schon in sich.
Es tritt in diesem System zusätzlich zur Schwingung der Pendel,
noch eine weitere mit viel niedrigerer Frequenz auf die beschreibt, wie
die Energie zwischen den Pendeln hin und her wechselt. Die Frequenz dieser
Schwingung wird nur durch den Koppelfaktor zwischen den Pendeln bestimmt.
In diesem Fall ist das der Abstand der beiden Pendel zueinander.
Dieses etwas seltsame Verhalten kann ausgenutzt werden, um eine so genannte Resonanztransformation herbeizuführen. Denn was passiert, wenn wir zwei gleichlange, aber unterschiedlich schwere Pendel an dem Seil befestigen ? Resonanzabstimmung liegt vor, also wird es auch zu einer Ausgleichsschwingung kommen. Nehmen wir an, das schwere Pendel wird angestoßen. Es kann dabei sehr viel Energie aufnehmen und muss diese vollständig an das, leichte Pendel abgeben, da dies die Resonanz so fordert. Das leichte Pendel muss also eine viel größere Energiemenge aufnehmen, als bei Verwendung von gleich schweren Pendeln. Das leichte Pendel hat nur eine einzige Möglichkeit die große Energiemenge aufzunehmen: Es muss seine Amplitude vergrößern. Das leichte Pendel schlägt jetzt viel weiter aus, als vorher das schwere angestoßen wurde. Durch geschickte Ausnutzung der Resonanz haben wir so eine Transformation der Amplitude erreicht.
Jetzt ist es aber genug der Theorie, jeder der Lust auf Experimente
bekommen hat, kann die gekoppelten Pendel ganz
leicht zu Hause nachbauen. Dazu hängt man mit zwei Schnüren zwei
Massen von ca. 1kg an einem gespannten Seil auf. Die Länge der Pendel
sollte dabei mindestens 1m betragen. Um die Transformation beobachten zu
können, sollte die große Masse ca. 5kg und die kleine ca. 1kg
schwer sein. Je länger, also je perfekter die Pendel sind, umso besser
funktioniert es.
Schwingungen und Resonanzen finden sich auch in diesem Buch, wo versucht wird, durch Grundlagenexperimente und neue theoretische Ansätze mehr Licht in das Thema der Freien Energie zu bringen. Nähere Informationen zum Buch. | ||
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Titel: | Grundlagen und Praxis der Freien Energie Alternative Theorien und interessante Experimente |
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Autoren: | Harald Chmela und Wolfgang Wiedergut | |
Verlag: | Erschienen im August 2004 im Franzis Verlag | |
ISBN Nr.: | 3-7723-4400-3 |