Aufgaben Physik 7.Klasse (Herr Kowalczyk) 22..Februar bis 05.März 2021
Kraftmessung mit dem Federkraftmesser
Ein Federkraftmesser besteht hauptsächlich aus einer Feder und einem skalierten Gehäuse. An der Skala des Gehäuses kann abgelesen werden welcher Betrag an Gewichtskraft wirkt.
Stunde 1
1) Skizziere einen Federkraftmesser!
2) Beschrifte deine Skizze!
3) Erkläre in eigenen Worten wie der Federkraftmesser funktioniert!
4) Begründe wieso ein Federkraftmesser im Idealfall nur senkrecht verwendet werden soll!
Messbereich
Gehäuse
Feder
Skala
zu 3)
Die Längenänderung (Dehnung) der Feder eines Federkraftmessers ist proportional zu an der Feder wirkenden (senkrecht nach unten ziehenden) Kraft.
In einem Federkraftmesser sind Federn verbaut, die ihre Länge bei einer Krafteinwirkung ganz definiert ändern. Aus diesem Grund ist eine Skala angebracht, von der bei vorhandener Längenänderung die wirkende Kraft abgelesen werden kann.
Sobald ein Körper an den Federkraftmesser gehangen wird, dehnt sich die Feder im Inneren des Messgerätes, sodass die wirkende Kraft an der Skala abgelesen werden kann.
zu 4)
Von der Skala des Federkraftmessers kann nur die wirkende Kraft in Längsrichtung der Feder abgelesen werden. Belastet man die Feder schräg, gibt es Kraftwirkungen in verschiedene Richtungen, von denen jedoch nur eine von der Skala abgelesen werden kann.
Der Federkraftmesser ist also auch in anderen Richtungen einsetzbar, wobei die Kraftwirkung jedoch immer nur in Längsrichtung der Feder erfolgen sollte.
In einfachen Versuchen wird meistens die Gewichtskraft eines Körpers bestimmt, die bekanntlich senkrecht in Richtung des Erdmittelpunkts wirkt. Aus diesem Grund setzt man Federkraftmesser im Unterricht oft nur senkrecht ein.
Stunde 2
Es wurden Versuche mit zwei verschiedenen Federn durchgeführt. Bei diesen Versuchen wurden nacheinander unterschiedliche Massestücke an die Federn gehangen, woraufhin sich die jeweilige Feder gedehnt hat. Die Länge, um die sich die jeweilige Feder gedehnt hat, wurde in der nachfolgenden Messwerttabelle eingetragen.
Kraft 0,5 N 1,0 N 1,5 N 2,0 N 2,5 N 3,0 N
Längenänderung Feder 1
0,5 cm 1,0 cm 1,5 cm 2,0 cm 2,5 cm 3,0 cm
Längenänderung Feder 2
0,25 cm 0,5 cm 0,75 cm 1,0 cm 1,25 cm 1,5 cm
Die Kraft (Formelzeichen: F) wird in der Einheit Newton (1 N) und die Längenänderung (Formelzeichen: s) wird in der Einheit Zentimeter (1 cm) angegeben.
1) Stelle die Kraft in Abhängigkeit zur Längenänderung beider Federn graphisch dar! Gehe dabei folgendermaßen vor:
Diagramm 1: Darstellung der Kraft in Abhängigkeit zur Längenänderung von Feder 1 und Feder 2
2) Vergleiche beide Graphen (die blaue und grüne Gerade)!
Beide Graphen stellen den Zusammenhang zwischen wirkender Kraft und Längenänderung einer Feder dar. Es handelt sich jeweils um proportionale Zusammenhänge, was man an den linearen Funktionen erkennen kann. Beide Graphen haben einen Punkt im Koordinatenursprung (die Federn zeigen ohne Krafteinwirkung keine Längenänderung). Der Graph von Feder 2 hat eine größere Steigung als der Graph von Feder 1.
3) Erkläre welche der beiden Federn härter ist! Dazu musst du dich informieren, was eine harte von einer weichen Feder unterscheidet.
Die Härte einer Feder (auch Federkonstante) gibt an, wie viel Kraft (in Newton) wirken muss um die Feder um einen Meter auszudehnen. Je mehr Kraft notwendig ist, um eine Feder um einen Meter (hier: um einen Zentimeter) zu dehnen, desto härter ist sie.
Da für die zweite Feder mehr Kraft wirken muss, um sie um die gleiche Länge wie erste Feder zu dehnen, ist die zweite Feder härter. Man kann die Federhärte im Diagramm direkt als Anstieg des jeweiligen Graphen ablesen.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3
F in N
s in cm
