Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

Experiment: Eigenschaften der Schraubenfeder 34.1 E 1 Du brauchst: Zwei verschiedene Schraubenfedern und verschiedene Masse- stücke. Hänge Massestücke an die Feder und miss die Dehnung. Bestimme jeweils die Dehnung x für mehrere Massestücke und für verschieden starke Federn. Trage die Werte für das Gewicht und die Dehnung x in ein Diagramm ein. Das Gewicht des Massestücks dehnt die Feder. Die gedehnte Feder versucht, die ursprüngliche Form wiederherzustellen und übt auf das Massestück eine entge- gengesetzt gerichtete Kraft aus (Federkraft). Im Kräftegleichgewicht ist das Ge- wicht des Massestücks genauso groß wie die rücktreibende Federkraft F ( 34.1 ). Der Graph ( 34.2 ) zeigt die Abhängigkeit der Dehnung x von der Federkraft F . Bei geringer Belastung sind die Dehnung der Schraubenfeder und die wirkende Kraft bzw. die rücktreibende Federkraft einander proportional , man spricht von elastischer Dehnung . Der Zusammenhang von Kraft und elastischer Dehnung heißt nach dem englischen Physiker R OBERT HOOKE (1635–1703) Hooke’sches Gesetz . Die Federkraft wirkt der Dehnung entgegen. æ F = ‒ k · æ x x = Federdehnung, k = Federkonstante (Einheit 1N/m) Als Proportionalitätsfaktor tritt die Federkonstante k auf. Sie ist umso größer, je „stärker“ die Feder ist, d. h. je mehr Kraft zur Dehnung eingesetzt werden muss. Die Federkraft wirkt der Dehnung entgegen. Untersuche, überlege, forsche: Elastizität 34.1 W 1 Was bedeuten die Begriffe plastisch, spröde, elastisch? Welche dieser Eigen- schaften haben verschiedene Objekte deiner Umgebung? (Internetrecherche) 1.5 Die Addition von Kräften Im Allgemeinen greifen an einem Körper mehrere Kräfte gleichzeitig an. Die Kraft ist eine vektorielle Größe . Daher wird die Summe von Kräften nach den Gesetzen der Vektorrechnung gebildet (siehe S. 35). Es gilt: æ F = æ F 1 + æ F 2 + æ F 3 + .... æ F n Kräfte werden vektoriell addiert. Experiment: Zerlegung von Kräften 34.2 E 1 Du brauchst: Zwei Federwaagen, ein Massestück, eine Schnur Hänge das Massestück an eine Federwaage und bestimme das Gewicht. Hänge nun das Massestück so auf, dass es von zwei Federwaagen gehalten wird ( 34.3 ). Probiere unterschiedliche Winkel. Halte ein A4 Blatt dahinter und zeichne die da- zugehörigen Kräfteparallelogramme (Addition von Vektoren S. 35). Trägt man die Kraftvektoren maßstabgetreu auf, so findet man, dass die Diagonale im Parallelogramm aus den beiden Kräften an den Federwaagen dem Gewicht des Massestücks entspricht. Umgekehrt lassen sich Kräfte auch in Teilkräfte zer- legen ( 35.1 ). x F F G 34.1 Ist das angehängte Massestück in Ruhe, so ist die Summe der wirkenden Kräfte null (vgl. Addition von Kräften S. 35). Die Feder zieht das angehängte Massestück mit genau der gleichen Kraft nach oben wie die Erde nach unten ( æ F Federkraft, æ F G Gewicht). 0 1 2 3 4 5 Kraft in N F 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0,11 0,12 Dehnung in m x 0,13 starke Feder schwache Feder 34.2 Wenn die Feder nicht zu stark belastet wird, ist die Dehnung der Feder proportional zur wirkenden Kraft. 34.3 Kräfte sind Vektoren und werden nach der Parallelogramm-Regel zusammengesetzt bzw. zerlegt. Die Gewichtskraft æ F G wird durch die Summe der Kräfte æ F 1 und æ F 2 kompensiert 34.4 Die Kraft æ F 3 kompensiert die Summe der Kräfte æ F 1 und æ F 2 : ( æ F 1 + æ F 2 ) + æ F 3 = 0. 34 MECHANIK 1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv