Schülerversuch Federdehnung

Ziel des Versuchs

Bei unterschiedlich elastischen Körpern wollen wir den Zusammenhang zwischen der Kraftänderung ΔF und Längenänderung Δx (Dehnung) untersuchen.

Versuchsgeräte

  • 1 große Feder
  • 1 kleine Feder
  • 1 Haushaltsgummi
  • 1 Satz Massenstücke (etwa Schraubenmuttern)
  • 1 Lineal
  • verschiedenes Stativmaterial (vgl. Skizze)

Versuchsaufbau und -durchführung

  • Die Ablesescheibe muss so eingestellt werden, das sie bei einer „glatten“ Marke (z.B. 60 cm) steht und die Werte nach unten zunehmen (bei eingehängter Waagschale).
  • Lege Körper mit bekannter Masse in die Waagschale und notiere in einer Tabelle (Beispieltabelle siehe unten) die zugehörigen ΔF-Δx-Wertepaare. Gehe näherungsweise von g = 10 m/s2 aus.
  • Beim Versuch mit dem Gummiband musst du die Belastung von 0 N auf 2 N schrittweise steigern. Notiere die Verlängerungen in der oberen Zeile der Tabelle (Beispieltabelle siehe unten). Reduziere jetzt die Belastung schrittweise von 2 N auf 0 N und schreibe die Verlängerungen auf (untere Zeile der Tabelle).
ΔF in N
0,00
0,50
1,0
1,5
2,0
kleine Feder
Δx in mm
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große Feder
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Gummiband
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Aufgabe

  • Bestimme je den Quotienten ΔF/Δx.
  • Erstelle ein Δx-ΔF-Koordinatensystem. Zeichne die Ergebnisse der drei Messreihen in unterschiedlichen Farben ein. Wähle den Maßstab des Koordinatensystems so, das etwa eine halbe DIN-A4-Seite zur graphischen Darstellung benötigt wird.
  • Vergleiche die drei Messwerte-Tabellen und Graphen. Versuche Gemeinsamkeiten und Unterschiede fest zu stellen.
Auswertung

  • Die beide Federn besitzen einen fast konstanten Quotienten ΔF/Δx. Das bedeutet, in beiden Fällen sind ΔF ~ Δx proportional. Der Graph der zwei Federn ist eine Ursprungsgerade. Die Gerade der großen Feder verläuft steiler.
  • Der Quotient der großen Feder hat einen höheren Wert als der Quotient der kleineren Feder. Bei der großen Feder wird eine höhere Kraft benötigt, um eine Längenänderung zu erreichen als bei der kleinen Feder. Die große Feder ist „härter“.
  • Beim Gummi ist der Quotienten ΔF/Δx nicht konstant. Es ergibt sich  kein geradliniger Verlauf des Graphen. Der Gummi zeigt außerdem die Besonderheit, dass zu einer schrittweisen Belastung nicht jeweils die gleiche Verlängerung gehört. Der Gummi verhält sich nicht linear sondern wesentlich komplexer als die Federn.