Versuch r. 1: achwes des Hook schen Gesetzes und Bestmmung der Federkonstanten achwes des Hookeschen Gesetzes und Bestmmung der Federkonstanten Klasse : ame1 : ame 2 : Versuchszel: In der Technk erfüllen Federn velfältge Aufgaben (Rückholfedern, Energespecher von Uhren,...) Datum : Wr beschränken unseren Versuch auf de Ermttlung der Federkonstanten D von Schraubenfedern. Be hnen glt das Hook sche Gesetz (Robert Hooke 1635-1703) n sener enfachsten Form. Es stellt enen Zusammenhang zwschen der Längenänderung ener Feder und der dazu benötgten Kraft F her. Versuchsaufbau: 2 Schraubenfedern 1 Statvstange 1m lang 1 Tschklemme 1 Messlatte 1 Tonnenfuß 1 Stelhaken verschedene Massestücke Feder Massstab ulllage F Versuchsdurchführung: An de Schraubenfeder werden nachenander verschedene Massestücke gehängt, so dass hre Gewchtskräfte de Feder dehnen. De dabe entstehende Längenänderung der Feder wrd mt der Messlatte ermttelt und n de Messwerttabelle engetragen. Vorscht Achten Se bem Belasten der Federn darauf, dass de Federn mamal auf hre doppelte Länge gedehnt werden. Achten Se bem Entlasten der Federn darauf, dass dese ncht zurückschnallen (Verletzungsgefahr!) W. Stark; Beruflche Oberschule Fresng 1
Versuch r. 1: achwes des Hook schen Gesetzes und Bestmmung der Federkonstanten Messprotokoll für de 1. Feder (weche Feder) r. Messwerte m n kg F = m g n n m D F Auswertung n D m = n m 1 0,010 2 0,020 3 0,030 4 0,040 5 0,050 6 0,060 7 0,070 8 0,080 D = D Rechnen Se mt g = 9,81 kg Versuchsauswertung: a) Rechnersche Auswertung: F Berechnen Se für alle Messwerte jeder Messrehe den Quotenten berechneten Werte n de vorletzte Spalte hres Messprotokolls en. und tragen Se de Blden Se nun für dese Werte (n der vorletzten Spalte) den Mttelwert D. Bestmmen Se nun den Wert D = D D und tragen dese Werte n de letzte Spalte en. Blden Se für dese Werte (n der letzten Spalte) den Mttelwert D. Somt folgt für de Größe D: D = D ± D = Für den relatven Fehler glt: D = D De Größe D nennt man de... (auch Rchtgröße) der Feder. W. Stark; Beruflche Oberschule Fresng 2
Versuch r. 1: achwes des Hook schen Gesetzes und Bestmmung der Federkonstanten b) Graphsche Auswertung: Tragen Se de gemessenen Wertepaare n en -F-Dagramm en! Welche Aussage lässt sch bezüglch der Lage der Punkte machen? We bezechnet man n der Mathematk ene solche Abhänggket? Mathematsche Schrebwese: Zechnen Se zu nun ene Ursprungshalbgerade so n das Koordnatensystem en, dass alle hre Messwerte auf deser Geraden oder n hrer ähe legen. W. Stark; Beruflche Oberschule Fresng 3
Versuch r. 1: achwes des Hook schen Gesetzes und Bestmmung der Federkonstanten Ermtteln Se de Stegung m der Geraden! m = We hängt dese Stegung mt der Federkonstanten zusammen? Verglechen Se de graphsche mt der rechnerschen Lösung! Formuleren Se nun das Hook sche Gesetz mt Hlfe der Federkonstanten D. Begründen Se, ob de Zugkräfte bzw. de Dehnungen der Feder belebg groß gewählt werden können? W. Stark; Beruflche Oberschule Fresng 4
Versuch r. 1: achwes des Hook schen Gesetzes und Bestmmung der Federkonstanten Messprotokoll für de 2. Feder (harte Feder) r. Messwerte m n kg F = m g n n m D F Auswertung n D m = n m 1 0,050 2 0,100 3 0,150 4 0,200 5 0,250 6 0,300 7 0,350 8 0,400 D = D Somt folgt für de Größe D: D = D ± D = W. Stark; Beruflche Oberschule Fresng 5
Versuch r. 1: achwes des Hook schen Gesetzes und Bestmmung der Federkonstanten Übung: Be enem Messversuch mt zwe unterschedlchen Federn hat man folgenden Zusammenhang zwschen der Längenänderung und der Gewchtskraft F erhalten. F n 10 1 Feder 1 Feder 2 n cm a) Ermtteln Se zunächst de Federhärten der beden Federn (Stegungsdreeck!). b) Begründen Se, welche der beden Graphen m Dagramm zur Feder mt der größeren Federhärte gehört (also de härtere Feder st!). c) Bestmmen Se, welche Längenänderung ene Masse von m = 30g bewrkt (für jede Feder). d) Se hängen nun de beden Federn unterenander (also n Rehe) und belasten das System mt der n c) berechneten Masse m. Geben Se zunächst an welche Längenänderung sch am System ergbt. Ermtteln Se nun de Federhärte von desem Federsystem und verglechen Se Ihren Wert mt den Federhärten der beden Federn. Hausaufgabe: Se haben zwe Federn glecher Federhärte D. Begründen Se, welche Federhärte man erhält, wenn man de beden Federn n Rehe bzw. Parallel schaltet. W. Stark; Beruflche Oberschule Fresng 6