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Wie funktioniert ein Kraftmesser? - So können Sie das Gerät erklären

Wenn es darum geht, einen Kraftmesser zu erklären, können Sie das anhand einer Federwaage gut erklären, da diese eigentlich ein Kraftmesser ist. Das ist leicht zu erklären und gut mit einer Demonstration zu untermauern.

So erklären Sie den Kraftmesser.
So erklären Sie den Kraftmesser. © Franz_Haindl / Pixelio

Was Sie benötigen:

  • Spiralfeder
  • Wasserkanister
  • zwei Pappröhren, die in einanderpassen
  • etwas Draht
  • Signierstift

Vorversuch zum Kraftmesser

Ein Kraftmesser ermöglicht es Ihnen, einer Kraft einem Zahlenwert in N zuzuordnen. Dazu ist zunächst die Gewichtskraft gut geeignet, um zu erklären, wie das funktioniert:

  • Zeigen an der Feder, dass ein Gewicht diese in die Länge zieht, wenn Sie ein Gewicht daran hängen, zum Beispiel den leeren Wasserkanister.
  • Geben Sie nun etwas Wasser in den Kanister, damit man sieht, dass die Feder immer länger wird, je mehr Gewicht Sie daran hängen.

So zeigen Sie, dass eine Feder sich umso mehr ausdehnt, je mehr Kraft auf diese ausgeübt wird. Nach dem Prinzip funktioniert ein Kraftmesser.

So funktioniert die Kraftmessung

Es gibt sehr verschiedene Federn. Sie brauchen nun eine, die für ein Gewicht von 5 bis mindestens 20 N geeignet ist.

  1. Stecken Sie die Feder in die dünnere Röhre. Unten an der Feder muss ein Haken sein, der aus dieser Röhre heraus schaut. Befestigen Sie die Röhre so an der Feder, dass diese unten, dort wo dieser Haken ist, fixiert wird. Der Rest der Feder darf nicht daran befestigt werden. Die Röhre darf nicht zu lang sein, denn oben muss ein Stück der Feder herausschauen und eine Schlaufe sein, an der Sie die Feder greifen können.
  2. Schieben Sie nun die andere Röhre über die erste Röhre und befestigen Sie diese am anderen Ende der Feder. Wenn Sie am Haken ziehen, dann kommen Feder und innere Röhre heraus.
  3. Der Kraftmesser funktioniert nach dem Prinzip, dass die Feder mit der inneren Röhre umso weiter herauskommt, je fester Sie daran ziehen, also umso mehr Kraft Sie aufwenden. Sie haben nun einen Zusammenhang zwischen der inneren Röhre, der äußeren Röhre und der Zugkraft hergestellt. So funktioniert auch ein gekaufter Kraftmesser.

Jetzt brauchen Sie nur noch eine Skala.

Skala, damit der Kraftmesser funktioniert

Den Zusammenhang zwischen Kraft und Länge der Feder haben Sie nun ausreichend dargelegt. Jetzt geht es um konkrete Messungen. Der Kraftmesser braucht eine Skala, an der Sie die Größe der Kraft ablesen können.

  1. Hängen Sie den leeren Kanister an den Haken der Feder. Die innere Röhre kommt ein Stück heraus. Da Sie nicht wissen, welche Kraft der leere Kanister ausübt, nützt Ihnen dies zunächst nichts. Markieren Sie die Stelle, wo die innere Röhre an die äußere Röhre angrenzt, mit einem Strich auf der inneren Röhre und schreiben Sie 0 daran (leerer Kanister).
  2. Da auf der Erde 1 kg Masse 9,81 N Gewichtskraft ausüben, ist die Masse, die eine Kraft von 1 N aufbringt, gleich 102 g. Ferner wissen Sie, das Wasser die Dichte von 1 hat. 102 g sind also 102 ml. Gießen Sie nun 510 ml Wasser in den Kanister. Die innere Röhre kommt ein Stück heraus. Markieren Sie wieder wie beschrieben die innere Röhre und schreiben Sie 5 N daran.
  3. Gießen Sie noch mal 510 ml in den Kanister und markieren Sie 10 N und so weiter. Bis die ganze Skala ausgefüllt ist. Lösen Sie die äußere Pappröhre und bringen Sie diese wieder an, aber so, dass der Nullwert genau am Anfang der Röhre zu sehen ist.
  4. Wenn Sie jetzt an der Feder ziehen, können Sie damit die Kraft messen, die Sie aufbringen. So funktioniert also ein Kraftmesser. Sie können damit nicht nur etwas abwiegen, sondern zum Beispiel auch die Kraft messen, mit der ein Hund an der Leine zieht oder mit der ein Auto ziehen kann und so weiter. Lesen Sie einfach mal ein paar Werte ab.

Weisen Sie bei der Erklärung, wie ein Kraftmesser funktioniert, darauf hin, dass es verschiedenen Federn gibt. Es gibt also keinen Zusammenhang in dem Sinn, dass 5 N immer 10 cm Länge bedeuten, um wie viel sich Federn ausdehnen, hängt von der jeweiligen Federkonstanten ab.

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