Physik · P0 · Werkzeuge der Physik
Hookesches Gesetz und Federkraftmesser
Eine Kraft kann einen Körper verformen. Bei einer Feder ist das besonders einfach: Doppelte Kraft, doppelte Dehnung. Das ist das Hookesche Gesetz F = D · s, die Federhärte D sagt, wie stark die Feder ist. Darauf beruht der Federkraftmesser. Hier prüfst du das Gesetz, suchst seine Grenzen und baust dir selbst einen Kraftmesser.
So gehst du vor
- 1Wähle eine Feder. Hänge mit den Knöpfen Massestücke an.
- 2Lies am Maßstab die Dehnung s ab: Das orange Ende zeigt sie an. Tippe auf „s und F in die Tabelle“.
- 3Miss mit mindestens fünf verschiedenen Massen. Erst dann die Auswertung zeigen.
- 4Belaste die Feder immer stärker und nimm die Last wieder ab: Kommt sie zurück? Probiere auch das Gummiband.
- 5Teil 2: Stelle deinen Wert für D ein, schalte die Skala ein und wiege Körper X.
Teil 1: Dehnung und Kraft
Was hängt am Stativ?
Massestücke: 0 g
Maßstab: s
0,0 cm
Gewichtskraft: F
0,00 N
Die Gewichtskraft ist hier F = m · g mit g = 9,81 Nkg. Der Maßstab ist auf Millimeter genau ablesbar, die letzte Stelle streut.
Die Steigung der Geraden ist die Federhärte D. Berechne zur Probe für jede Zeile Fs.
| Nr. | Dehnung s in cm | Kraft F in N |
|---|
Teil 2: Dein Federkraftmesser
Deine Federhärte D
0,10 NcmDie Skala steht rechts neben der Feder. Ein Kraftmesser ist nichts anderes als eine Feder mit dieser Skala: Bei 1 N zeigt das Ende auf die Dehnung, die zu 1 N gehört.
Lies die Kraft zuerst an deiner Skala ab. Löse erst danach auf. Eine überdehnte Feder zeigt zu viel an.
Aufträge
- Weiche Feder: Miss die Dehnung für 50 g bis 300 g. Bestimme D. Wie ändert sich s, wenn du die Masse verdoppelst?
- Vergleiche die drei Federn bei 300 g. Was bedeutet eine große Federhärte?
- Hänge an die weiche Feder immer mehr Masse und trage die Werte ein. Ab welcher Kraft weichen die Punkte von der Geraden ab? Nimm danach alles ab: Was siehst du?
- Gummiband: Miss von 0 g bis 1000 g in Schritten von 100 g. Berechne Fs für jede Zeile. Warum darf man hier nicht von einer Federhärte sprechen?
- Warum nimmt man für Kraftmesser Federn und keine Gummibänder? Warum steht auf jedem Kraftmesser ein Höchstwert?
- Bestimme D von Feder X. Löse erst danach auf.
- Stelle für eine frische Feder deinen Wert D ein, schalte die Newton-Skala ein und bestimme die Gewichtskraft von Körper X. Wie groß ist seine Masse?