Anleitung zum Experiment zum Hookeschen Gesetz
Ziele des Experiments:
– Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Kraft und Längenzunahme einer Feder
– Bestimmen Sie die Federkonstante
Werkzeuge und Materialien: Federn, 4 Gewichte à 50 Gramm, Stativ, Lineal
Grundlagentheorie:
Das Hookesche Gesetz besagt, dass die Stärke einer Kraft direkt proportional zur Längenzunahme einer Feder ist. Je größer die auf die Feder wirkende Kraft, desto größer die Längenzunahme. Das Verhältnis von Kraftstärke zu Längenzunahme ist konstant. Das Hookesche Gesetz gilt, solange die Kraft die Elastizitätsgrenze der Feder nicht überschreitet. Es wurde von Robert Hooke (1635–1703) formuliert.
Mathematisch wird das Hookesche Gesetz durch die Gleichung k = F / Δl ausgedrückt. Dabei gilt: k = Federkonstante, F = Kraft, Δl = Längenänderung der Feder.
Die internationale Einheit der Kraft ist Newton, die internationale Einheit der Länge ist Meter, daher ist die internationale Einheit der Federkonstante Newton/Meter (N/m).
Experimentelle Schritte:
1. Bauen Sie das Stativ wie auf dem Bild gezeigt zusammen.
2. Hängen Sie eine Feder an einen Ständer und befestigen Sie dann ein 50 Gramm schweres Gewicht am unteren Ende der Feder. Messen Sie die Länge der Feder als Federlänge 1 (l o ).
l 1 = ……… Zentimeter.
3. Hängen Sie erneut eine Last von 50 Gramm auf und messen Sie dann die Länge der Feder als Federlänge 2 (l 2 ).
w = 0,5 Newton
Δl = l 2 – l 1 =………… Zentimeter
k = w / Δl =………… N/cm
3. Hängen Sie erneut eine Last von 50 Gramm auf und messen Sie dann die Länge der Feder als Federlänge 3 (l 3 ).
w = 0,5 + 0,5 = 1 Newton
Δl = l 3 – l 1 = ………… Zentimeter
k = w / Δl =………… N/cm
4. Hängen Sie erneut eine Last von 50 Gramm auf und messen Sie dann die Länge der Feder als Federlänge 4 (l 4 ).
w = 0,5 + 0,5 + 0,5 = 1,5 Newton
Δl = l 4 – l 1 = ………… Zentimeter
k = w / Δl =………… N/cm
Daten und Datenanalyse:
Aus den Ergebnissen des vorherigen Experiments ergeben sich drei Federkonstanten. Berechnen Sie die mittlere Federkonstante:
k = (k + k + k) : 3 = …………… N/cm
Zeichnen Sie ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Schwerkraft (w) und der Zunahme der Federlänge (Δl) darstellt.
Diskussion:
– Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Kraft und der Längenzunahme der Feder? Ist die Längenzunahme der Feder größer, konstant oder kleiner, wenn die Kraft größer ist?
– Sind die Federkonstanten gleich? Wenn nicht, warum?
– Welchen Mittelwert hat das Experiment für die Federkonstante ergeben?
Abschluss :
Formulieren Sie Ihr Fazit.
