Verformt man einen Gegenstand (z.B. ein Lineal aus Plastik oder Metall), so geht er näherungsweise nach dem loslassen wieder in den ursprünglichen Zustand zurück. Man darf das nicht übersprapazieren, sonst bricht das Lineal oder es verbiegt sich und bleibt krumm. Bei nicht zu hoher Belastung ist also die Kraft, die man zur Verformung benötigt, proportional zur Auslenkung. Dies wird durch das Hooke’sche Gesetz beschrieben. Analog gibt es einen Zusammenhang bei der Torsion (Verdrillung) eines Drahtes.
Im folgenden Versuch wurde die Federkonstante einer Feder bestimmt und der Schubmodul (richtig gelesen, “der Schubmodul”) eines dünnen Drahtes aus (Edel)Stahl.
Bei der Bestimmung des Schubmoduls treten einige experimentelle Hürden auf, die für unerfahrene Studis relativ groß sein können. So muss man z.B. den Draht verdrillen und gleichzeitig zwei Größen indirekt bestimmen: die Kraft bzw. das Drehmoment mit dem Kraftmesser und den Winkel der Verdrillung über Strecken (Stichwort: Trigonometrie). Hierzu habe ich meine Auswertung hochgeladen, ich hoffe dass es demjenigen, der den Versuch selbst durchführen musste, hilft! 😀
Den Schubmodul des Drahtes habe ich mit G_stat = (62.8 ± 0.3) GPa (statische Methode) sowie G_dyn = (63.5 ± 0.5) GPa (dynamische Methode) bestimmt, leider deutlich unter dem Literaturwert von ~80 GPa für Stahl… Was da wohl schief gelaufen ist? 😉
Versuchsanleitung Elastische Konstanten
Versuchsauswertung Elastische Konstanten