Eine Schraubenfeder dehnt sich aus, wenn man an ihr zieht. Aber wie hängen Kraft und Dehnung voneinander ab? Diese als „Elastizität“bezeichnete Eigenschaft soll in diesem Experiment untersucht werden. In diesem Versuch wird die Dehnung einer Feder in Abhängigkeit von der auf die Feder ausgeübten Kraft untersucht. 

Für den Versuch wird eine Schraubenfeder, Massestücke mit Doppelhaken, einen Stativstab mit Doppelmuffe und eine Metallachse mit Klemmbuchse benötigt, die die Schraubenfeder festhält.

Beim Experimentieren mit den verschiedenen Massestücken sind für die Federlänge verschiedene Probemessdaten (s. Arbeitsblatt) gesammelt worden. Bestimme die Federdehnung.

Wie hängt sie mit der Federkonstanten D der genutzten Feder zusammen?

Hier das passende Arbeitsblatt zu unserem Experiment des Monats Grundschule "Die Wetterstation" zum KOSTENLOSEN Download.

Auswertung

Im Versuch wird für jede Belastung die Länge l der Feder gemessen und daraus die Dehnung Δl gegenüber der ursprünglichen Federlänge bestimmt.
In diesem Schülerexperiment soll der lineare Zusammenhang zwischen der Dehnung einer Schraubenfeder und ihrer Belastung entdeckt werden.
Bei der Fachsprache wird bewusst der Begriff „Gewichtsstück“ verwendet, da die am Massestück angreifende Gewichtskraft die Dehnung der Schraubenfeder verursacht. Die Verwendung des Begriffs „Massestück“ könnte zum Fehlschluss führen, dass ein Massestück ohne eine angreifende Kraft die notwendige Belastung erzeugt.
Um die Berechnung der Gewichtskraft zu üben, wird in diesem Experiment auf den Federkraftmesser verzichtet. Dabei bietet es sich an, einige Gewichtskräfte zur Berechnung offen zu lassen.

Die vorab eingetragenen Werte wurden mit einem Ortsfaktor von g = 9,84 N/kg berechnet. Die Auswertung nutzt ein Dehnung-Belastung-Diagramm, damit die Federkonstante bestimmt und das Hooke’sche Gesetz F = D ∙ Δl erkannt werden können. Aus der Probemessung ergibt sich für die Schraubenfeder eine Länge von 13,4 cm und eine Federkonstante von rund 10,8 N/m. Im Diagramm ist der nicht lineare Anfangsbereich gekennzeichnet.
Als kurze praktische Übung kann die Federkonstante der im Federkraftmesser verwendeten Schraubenfeder bestimmt werden. Die Skalenlänge für 1 N beträgt 5,8 cm. Somit ergibt sich D = 1 N / 0,058 m  ≅  17,2 N/m.              

Haben wir das Interesse an naturwissenschaftlichen Experimenten geweckt?

Hier eine kleine Auswahl unserer Experimentier-Sets zum Thema Mechanik.