Physik, 7. Klasse
Das Gesetz von Hooke
Kostenlose Arbeitsblätter und Übungen als PDF zum Gesetz von Hooke für Physik in der 7. Klasse am Gymnasium - mit Lösungen!
Wann braucht man das Gesetz von Hooke?
Wie wir bereits erfahren haben, bewirkt eine Kraft nicht nur Bewegungsänderungen, sondern sie ist auf dafür verantwortlich, dass sich Körper verformen. Dabei hängt es von den Eigenschaften des Körpers ab, ob diese Verformung wieder zurückgeht, wenn die Kraft nicht mehr wirkt (elastische Verformung), oder nicht (plastische Verformung).
Das wohl bekannteste Beispiel für elastische Verformungen sind Federn. Zum Beispiel in jedem Kugelschreiber befindet sich eine Schraubenfeder, die die Mine zurück ins Gehäuse drückt. Aber auch in vielen Matratzen, Möbelstücken und in Autos werden Spiralfedern eingebaut.
Das Gesetz von Hooke beschreibt, welche Kraft notwendig ist, um eine Feder um eine bestimmte Strecke zu dehnen/zu stauchen.
Wie lautet das Gesetz von Hooke?
Um den Zusammenhang zwischen Kraft F und Federdehnung s herauszufinden, wird eine Feder um bestimmte Strecken s gedehnt und an einem Kraftmesser abgelesen, welche Kraft jeweils dafür erforderlich ist. Dabei ergibt sich folgende Tabelle:
| Dehnung s in cm | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 |
|---|---|---|---|---|
| Kraft F in N | 3,0 | 6,0 | 9,0 | 12,0 |
Graphisch ergibt sich eine Ursprungsgerade, also sind F und s direkt proportional.
Die Steigung stellt den Proportionalitätsfaktor dar und wird üblicherweise als Federkonstante D bezeichnet. Diese hat die Einheit N/m.
Daraus wird aus der Proportionalität F ~ s die Gleichung F / s=D.
Somit lautet das Gesetz von Hooke: Für die Kraft F, die eine elastisch verformbare Feder mit der Federkonstante D um die Strecke s verändert, gilt F = D · s.
Für welche Federn gilt das Gesetz von Hooke?
Es gilt für alle Schraubenfedern, solange sie nicht überdehnt und damit plastisch verformt werden. Für andere Federarten (z.B. Gummibänder) ergeben sich als s-F-Diagramme keine Ursprungsgeraden.
Lernziele:
- Rechnen mit dem Gesetz von Hooke bei gegebenen Daten
- Umgang mit proportionalen Zusammenhängen
Aufgaben:
- Berechnen der Kraft, die zur Dehnung einer Feder um eine Strecke s nötig ist
- Berechnen der Strecke s, um die eine Feder mit bestimmter Kraft gedehnt werden kann
- Bestimmen der Federkonstante einer Feder aus gegebenen Daten
