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SG093 Hooke'sches Gesetz oder auch nicht

Kraft

Koordinaten

Glossar

Physik für Schülerinnen und Schüler

Das Hooke'sche Gesetz in der Formulierung der Schule heißt:

F = D·s

F ist dabei die dehnende Kraft, s die Dehnung und D die Federhärte. In Worten besagt das Hooke'sche Gesetz:

Innerhalb des Gültigkeitsbereichs des Hooke'schen Gesetzes sind dehnende Kraft F und Dehnung s zueinander proportional.

Du hast im Physik-Unterricht schon so viele direkte Proportionalitäten kennengelernt, es wird dich vielleicht nicht überraschen, dass auch hier eine solche gilt. Du hast dort vielleicht eine Eigenheit der direkten Proportionalität kennengelernt, nämlich eine konstante Steigung.

Tatsächlich stellt sie wirklich eine Besonderheit dar. Du siehst das, wenn du und einige deiner Klassenkameraden verschiedene verformbare Gegenstände untersuchen:

Gruppe A: Packgummi

Gruppe B: Schraubenfeder

Gruppe C: "Spirale" aus einem Spiralblock (sie sieht aus wie eine Schraubenfeder, ist aber keine)

Gruppe D: Bolzen, gedehnt mit einer hydraulischen Presse

Gruppe E: Verbiegung eines eingespannten Lineals quer zu seiner Längsrichtung bei Belastung am Ende

Gruppe F: dito, aber mit einer Spaghetti-Nudel statt des Lineals

Gruppe G: Nylonfaden, der an der Decke aufgehängt ist.

Gruppe H: Stahldraht, der an der Decke aufgehängt ist.

Gruppe G und H brauchen zum Dehnen schon recht große Kräfte. Wenn du einen Wassereimer anhängst, kannst du die Kraft leicht in größeren Schritten ändern, indem du immer die gleiche Menge Wasser einfüllst. 1 l Wasser wird von der Erde mit10 N angezogen. Um Überschwemmungen zu verhindern, wenn der Faden reißt, solltest du den Eimer sichern.

Die meisten Gruppen werden kein Hooke'sches Gesetz finden. Bei manchen Gruppen verhält sich der verformbare Körper bei Belastung und Entlastung sogar unterschiedlich. Man spricht von einer Hysteresis-Kurve. Nur bei wenigen Gruppen zeigt sich die wichtige Besonderheit bei bestimmten verformbaren Körpern: Der verformbare Körper verhält sich entsprechend dem Hooke'schen Gesetz, aber auch das nur bei nicht allzu großen Kräften.

Hinweis:

Bei einer harmonischen Schwingung spielt das Hooke'sche Gesetz ebenfalls eine große Rolle. Dort verwendet man aber nicht die dehnende Kraft F, sondern die entgegengesetzt gleiche Kraft -F', die die Beschleunigung des Pendelkörpers bewirkt. Deswegen heißt hier das Hooke'sche Gesetz: F' = - D·s . Weil hier F' entgegengesetzt zur Dehnung s ist, heißt F' auch Rückstellkraft. Statt s schreibt man meistens auch die Koordinate x, also F' = - D·x .

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( Juni 2014 )