Wie misst man eig. Kräfte?

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Zur Messung von Kräften werden Kraftmessgeräte verwendet, die nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten.

Das einfachste Prinzip ist die Messung der Verformung über eine geometrische Skala. Eine Federwaage arbeitet nach diesem Prinzip. Durch eine aufgeprägte Kraft wird eine Spiralfeder gedehnt. Die Dehnung ist proportional zur Kraft. An einer Skala, die wie ein Lineal aussieht, kann die Kraft abgelesen werden. Solche Messgeräte werden in Größenordnungen von wenigen zehntel Newton bis etwa zehn, zwanzig Newton üblicherweise angeboten.

Verformungen können auch mittels sogenannter Piezzo-Aufnehmer gemessen werden. Ein besonderer Kristall erzeugt eine elektrische Spannung, wenn man ihn verformt. Das ist messbar. So werden oft Personenwaagen oder kleinste Wäägezellen hergestellt.

Eine weitere Methode ist die elektrische Verformungsmessung. Ein Federkörper wird mit sogenannten Dehnungsmessstreifen (DMS) appliziert. Das sind kleine Folien, auf denen ein hauchdünner Draht im Zickzack aufgebracht ist, das sogenannte Messgitter. Wenn der Federkörper, das kann ein Stab oder auch eine sogenannte Ringtorsionsfeder, ein Biegebalken oder ein Rohr etc. sein, also unter einer Kraftwirkung verformt wird, so verformt sich der DMS mit. Diese Verformung ändert den elektrischen Widerstand des Messgitters. Mit einem Messverstärker kann diese Widerstandsänderung gemessen werden. In der Regel werden auf dem Federkörper mehrere DMS in einer sogenannten Wheatstoneschen Messbrücke verschaltet, diese liefert dann ein Signal in der Größenordnung einiger Nanovolt bis einiger Millivolt. Jetzt muss dieses Gerät nur noch kalibriert werden. Das geschieht, indem man das Gerät mit bekannten Kräften belastet und das elektrische Signal diesen Kräften zuordnet. Schon ist der Kraftmesser, handelsüblich "Kraftaufnehmer" oder "Kraftmessdose" fertig. Es gibt diese Geräte mit Nennlasten von wenigen Newton bis zu fünfzig Millionen Newton, letzterer ist allerdings ein weltweit einzigartiger Prototyp, der noch im Versuchsstatium befindlich ist, er gehört der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig.

Die PTB kann derartige Kalibrierungen von wenigen Newton bis zu sechzehneinhalb Millionen Newton durchführen. Sie verwendet dazu Massekörper, deren Gewichtskraftwirkung genau (bis zu einem hunderttausendstel) bekannt sind.

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