Physik Erklärung bitttttte?!?!?!?

Die Aufgabe 4 a/b - (Schule, Physik, gesetzt)

6 Antworten

Du kennst doch sicherlich Stahlfedern. Wenn nicht, nimm einen nicht mehr unbedingt gebrauchten Kugelschreiber auseinander, da müsste eine drin sein. Es ist ein Stück Draht, das schraubenförmig gedreht ist.

Die Feder als solche hat, wenn keine Kraft auf sie wirkt, eine bestimmte Gleichgewichtslänge L[0]. Drückst Du drauf, wird sie kürzer. Ziehst Du daran, wird sie länger.

Unter der Auslenkung ΔL oder x verstehen wir die Länge L abzüglich der Gleichgewichtslänge L[0], also

(1)    x = L – L[0];

bei Druck auf die Feder ist sie natürlich negativ.

Das sogenannte Hook'sche Gesetz besagt nun, dass die Kraft F, mit der Du an der Feder ziehst (Drücken zählt dann negativ), proportional zur Auslenkung ist, d.h., doppelte Kraft führt zu doppelter Auslenkung, solange die Kraft betragsmäßig nicht zu groß ist (positiv, also als Zugkraft, sodass die Feder ausleiert, oder negativ, also als Druck, sodass die Windungen der Feder aufeinander liegen).

Der Proportionalitätsfaktor ist dabei die Federkonstante oder Federhärte D, d.h., sie ist eine Eigenschaft der Stahlfeder. Mit ihr ergibt sich das Hook'sche Gesetz als

(2.1)    x = F/D

oder, in bekannterer Fassung,

(2.2)    F = D·x.

Dabei beantwortet (2.1) die Frage, welche Auslenkung x Du erzielst, wenn Du auf eine gegebenen Feder eine bestimmte Kraft F ausübst, und (2.2) die umgekehrte Frage, welche Kraft F du ausüben musst, um eine gegebene Auslenkung x zu erzielen.

Mit einer Feder, für die D=2N/cm=200N/m ist, ergibt (2.1) bei 50N rein rechnerisch

x = F/D = 50N/(200N/m) = 50N·(1/200)m/N = 0,25m,

aber Du musst bedenken, dass die Feder bei einer solchen Dehnung längst ausgeleiert sein könnte und für solche Kräfte wie eben 50N gar nicht ausgelegt ist. Für eine Kugelschreiberfeder gilt das mit großer Wahrscheinlichkeit, ich kenne zumindest keine, die sich auf 25cm dehnen lässt.

Die erste Frage wird also so zu beantworten sein: Rein rechnerisch würde sie auf 25cm ausgelenkt, wenn sie denn nicht ausleiert, was sie aber wahrscheinlich tut.

Die zweite Frage ist die nach dem Proportionalitätsbereich, also dem Gültigkeitsbereich des Hook'schen Gesetzes, s.o..

siehe Physik-Formelbuch,da brauchst du nur abschreiben.

Federkraft ist F=D*s ergibt hier s=F/D=50 N/(2 N/cm)=25 cm

Einheitenkontrolle  (N/1)/(N/cm)=(N/N) *cm=1*cm=cm

Die Formel stimmt also nach der Einheitenkontrolle.

HINWEIS: Man rechnet mit Einheiten,wie mit Zahlen und hier teilt man einen

Bruch durch einen Bruch.

Man teilt einen Bruch durch einen Bruch,indem man ihn mit der "kehrwert" mal nimmt.

Als Einheit muss bei dieser Aufgabe cm herauskommen.Wäre eine andere Einheit heraus gekommen,so wäre was mit der errechneten Formel falsch.

b. F=D*s Analogie zur Mathematik y=f(x)=m*x+b mit b=0 ergibt

s=0 ergibt F(s)=0  bei der Mathematik x=0 ergibt f(0)=m*0+b also b=0

F=D*s ist gleic der Formel y=f(x)=m*x dies ist eine Gerade!

D=m und s=x

Das "Hoocksche Gesetz" gilt nur im "linearen Bereich",also dort,wo gilt

F=D*S =m*x (muss eine Gerade sein)

Federkonstante a = 2N/cm

Die Kraft einer Feder ist durch das Hooksche Gesetz gegeben:

F = a*x

Wenn jetzt eine Kraft von 50N auf die Feder wirkt, gilt laut dem Newtonschen Gesetz, dass die Feder mit der selben Gegenkraft "antwortet".

Also

50 = a*x

=> x = 50/a = 25cm

Die Feder wird also um 25cm länger.

Die Frage zu b) finde ich eigentlich relativ interessant, weil solche Sachen in vielen Schulen leider untergehen.

Das Hooksche Gesetz gilt nämlich nur solange die Federkonstante wirklich konstant bleibt.

Das kannst du selbst mal versuchen, du nimmst eine Feder und ziehst sie auseinander, am Anfang wirst du merken, dass die Feder immer stärker versucht sich wieder zusammen zu ziehen. Sobald die Feder jedoch überdehnt wird nimmt die Kraft bei stärkerem Auseinander ziehen nicht mehr zu.

Das liegt daran, dass bei einer überdehnten Feder die Federkonstante abnimmt und daher das Hooksche Gesetz nicht mehr gültig ist.

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