MODE 5 — RESONANZ

Ziel & Anwendung

Stell dir vor, du schaukelst auf einer Schaukel — nur wenn du im richtigen Moment nachschubst, wirst du höher! Genau das passiert hier: Der Stepper treibt ein Pendel in verschiedenen Rhythmen an. Bei der richtigen Frequenz schaukelt es sich von alleine immer höher — das ist Resonanz!

• Der Dreh-Regler stellt die Antriebsfrequenz ein — bei Resonanz schaukelt das Pendel deutlich höher
• Eine Anzeige zeigt die aktuelle Schwingungsamplitude live, eine zweite die bisher größte Amplitude
• Der Schrittmotor treibt das Pendel rhythmisch an — bei Resonanz piept ein Ton schneller

Anschluss & Funktion

Motoren am Board

Materialliste

• Schnur (30 cm) als Pendelfaden
• Kleines Gewicht (Münze, Knete-Ball) am Ende der Schnur
• Karton-Rahmen (20×15 cm) als Aufhängung
• Kleiner Hebel aus Karton (5 cm) am Stepper-Mitnehmer zum Anstoßen des Pendels

Step-by-Step Tutorial

1. Pendel aufbauen und Länge bestimmen

   Karton-Rahmen aufstellen und sichern. Schnur (30 cm) oben befestigen, Münze oder Knete-Ball am Ende. Pendel von Hand anstoßen: schwingt es gleichmäßig hin und her? Das ist die natürliche Eigenfrequenz des Pendels. Diese Frequenz muss der Encoder später treffen.

   Check: Pendel schwingt frei und gleichmäßig — bei 30 cm Länge ungefähr 1 Schwingung pro Sekunde

   Tipp: Kürzere Schnur = schnelleres Pendel = höhere Resonanzfrequenz — mit 15 cm Länge ca. 1.5 Hz

2. Stepper-Antrieb und Anstoß-Hebel montieren

   Plastik-Mitnehmer auf den Stepper schrauben. Kleinen Karton-Hebel (5 cm) am Mitnehmer befestigen. Stepper so positionieren, dass der Hebel am untersten Punkt der Pendelbahn vorbeischwenkt und das Pendel sanft antippt. Stepper bewegt sich rhythmisch hin und her — der Abstand zur Pendelbahn so einstellen, dass nur ein leichter Kontakt entsteht.

   Check: Stepper-Hebel tippt das Pendel genau einmal pro Periode an — wie ein sanftes Schubsen auf der Schaukel

   Tipp: Hebel nicht zu fest anschlagen — ein leichter Anstoß reicht, zu starker Schlag zerstört die Schwingung

3. Frequenz mit dem Dreh-Regler einstellen

   Strom einschalten. Dreh-Regler auf niedrige Frequenz stellen. Die Amplituden-Anzeige zeigt zunächst einen kleinen Ausschlag. Dreh-Regler langsam erhöhen. Irgendwann: das Pendel beginnt von alleine größere Bögen zu machen — die Anzeige steigt, die Rekord-Anzeige steigt mit. Das ist Resonanz! Der Ton wird schneller. Die Frequenz-Anzeige zeigt die eingestellte Antriebs-Frequenz.

   Check: Dreh-Regler langsam drehen: bei einer bestimmten Einstellung schwingt das Pendel merklich höher

   Tipp: Sehr langsam am Dreh-Regler drehen — Resonanz passiert bei einer ganz bestimmten Frequenz, zu schnell und man übersieht sie

4. Leichtgängigkeitstest des Pendels

   Vor dem Einschalten: Pendel von Hand anstoßen. Zähle wie oft es schwingt bis es merklich abklingt. Mindestens 8–10 Schwingungen ohne starkes Abbremsen. Wenn es schnell stoppt: Aufhängung reibungsärmer machen — Strohhalm als Schwenklager für die Schnur. Erst nach gutem Testergebnis Strom einschalten.

   Check: Pendel von Hand angestoßen schwingt mindestens 10 Mal, bevor es merklich kleiner wird

   Tipp: Aufhängung muss reibungsarm sein — Knoten der Schnur auf einem glatten Stift aufliegen lassen

5. Resonanz vs. Verstimmung vergleichen

   Resonanz-Position am Dreh-Regler merken. Dreh-Regler jetzt doppelt so hoch stellen: Pendel schwingt kaum. Zurück zur Resonanz: sofort größere Bögen. So sieht man: Antrieb muss im richtigen Takt sein. Zu schnell oder zu langsam — nichts passiert. Genau richtig — Energie baut sich auf. Das ist Resonanz live erleben!

   Check: Resonanz-Frequenz merken, dann den Dreh-Regler weit verstellen: Pendel bleibt fast still — klarer Unterschied!

   Tipp: Die Resonanzfrequenz mit Handy-Stoppuhr messen: Eigenfrequenz = 1 geteilt durch die Schwingungszeit bestätigt die Einstellung

Troubleshooting

• Pendel schwingt nicht höher egal welche Frequenz — Stepper-Hebel zu weit vom Pendel — Abstand verringern bis leichter Kontakt spürbar ist
• Pendel schlägt gegen den Stepper-Hebel und stoppt — Hebel zu nah — Abstand vergrößern auf 1–2 mm Spalt; Pendel soll leicht berührt, nicht gebremst werden
• Keine erkennbare Resonanz-Spitze beim Durchdrehen — Encoder zu schnell verstellen — sehr langsam drehen, 5 Sekunden auf jeder Frequenz warten

Modifikationen & Sicherheit

• Pro-Tipp: Zwei Pendel unterschiedlicher Länge nebeneinander — nur das passende Pendel reagiert auf die Frequenz
• Pro-Tipp: Encoder-Button speichert die Resonanzfrequenz — so kann man immer direkt zurückspringen

Wichtige Code-Teile

// driveFreq per Encoder (0.2 bis 5 Hz)
driveFreq = constrain(driveFreq + (float)EncoderPos * 0.1f, 0.2f, 5.0f);
EncoderPos = 0;
int period = (int)(1000.0f / driveFreq); // Millisekunden pro Periode

// Stepper-Antrieb im Takt
if(millis() - pendT >= period) {
    pendT = millis();
    pendPhase = !pendPhase;
    stepper.moveTo(pendPhase ? 200 : -200);
}
stepper.run();

// Amplitude aus Beschleunigungssensor messen
float amplitude = sqrt(XAcceleration*XAcceleration + YAcceleration*YAcceleration);
if(amplitude > peakAmp) peakAmp = amplitude;
if(touch1) peakAmp = 0; // Reset

// Resonanz wenn Amplitude hoch ist
bool resonance = amplitude > 12.0f;

// S1=Amplitude, S2=Peak, S3=Frequenz-Anzeige
servocontroller.setServoPulse(1, map(constrain((int)(amplitude*10),0,200),0,200,1000,2000));
servocontroller.setServoPulse(2, map(constrain((int)(peakAmp*10),0,200),0,200,1000,2000));
servocontroller.setServoPulse(3, map((int)(driveFreq*10), 2, 50, 1000, 2000));

// Buzzer: schneller bei Resonanz
if(resonance) Buzzer.setMode(SHORT_BLINK);
else           Buzzer.setValue(0);

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