Spannen einer Feder.
Eine Schraubenfeder kann Energie speichern, wenn sie zuvor gespannt worden
sind. Wie die Energie in die Feder gelangt, soll nun genauer betrachtet werden.
| Man kann in die bewegten Grafiken klicken und sie im
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(1) Immer diese Gleichgewichte!
| Zuerst ist die Feder ungespannt.
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| Am Anfang ist es einfach die Feder zu spannen.
Je weiter die Feder gespannt wird (Spannstrecke
s), um so schwerer ist es, sie weiter zu spannen, weil die Federkraft
dem entgegenwirkt.
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| Mit der Spannstrecke
s, nimmt auch die Federkraft Ffeder
zu.
Möchte man weiter spannen, muß man die Zugkraft Fzug im gleichen Maße
erhöhen.
Also ist die Federkraft Ffeder stets
gleich der Zugkraft Fzug
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| Es herrscht ein
Kräftegleichgewicht.
Ffeder=Fzug
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(2) Was dahinter steckt.
| Für den
Zusammenhang zwischen der Federverlängerung s
und der Federkraft Ffeder gilt das
Hooke'sche Gesetz:
D=F / s
bzw.
Ffeder=D
* s
Dabei ist D, die Federhärte, die
Kenngröße der Feder.
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| (3) |
Wie sieht das zugehörige Diagramme aus? |
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Welche Arbeit muß beim Spannen der Feder verrichtet werden?
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| Da Ffeder
proportional s, ist das
Ffeder(s)-Diagramm einer Feder eine Ursprungsgerade.
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| Diese Arbeit muß
um so größer sein, je weiter die Feder schon gespannt ist und je
größer die Federkraft Ffeder
damit wird.
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| Die gesamte Arbeit, die
man zum Spannen der Feder aufbringen muß, ist die Fläche unter
der Kurve
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| Diese Spannarbeit- und damit die Energie, die die
gespannte Feder gespeichert hat - ist:
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