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Kraftwirkung auf Feder

Zehn Übungen zu Verformung, Ruhelänge und Dehnung — vom Erkennen bis zum Einschätzen.

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Übungsaufgaben

Alle Übungen fortlaufend nummeriert — zuerst die interaktiven Übungen zum Klicken, Ziehen und Knobeln, danach die Rechen- und Textaufgaben. Jede Übung gibt dir sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen dir die gestuften Tipps.

A1
Aussagen über die belastete Feder
AFB I

Eine Schraubenfeder hängt an einem Haken; darunter kannst du Massestücke einhängen. Welche Aussagen über die Kraftwirkung auf diese Feder stimmen?

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Der häufigste Fehler: die Länge unter Last für die Dehnung zu halten. Die Dehnung s ist nur der Zuwachs gegenüber der Ruhelänge, also eine Differenz. Plastisch verformt bedeutet außerdem, dass die Feder länger bleibt, nicht kürzer. Und oberhalb der Elastizitätsgrenze federt sie gerade nicht mehr vollständig zurück — das ist genau die Grenze, die sie trennt.
A2
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Fünf Behauptungen rund um Ruhelänge, Dehnung und die beiden Verformungsarten.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Zwei Sätze halten alles zusammen: Die Dehnung ist eine Differenz von zwei Längen — und ob die Verformung elastisch oder plastisch war, entscheidet sich erst nach dem Entlasten. Wer beim Rechnen addiert statt subtrahiert, kommt auf Werte, die größer sind als die Feder selbst.
A3
Lückentext mit Wortbank
AFB I

Setze die Fachbegriffe an die richtige Stelle — ein Wort bleibt übrig.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Belastet man eine Feder, so erkennt man die Kraft an ihrer — die Feder wird länger. Die Länge der unbelasteten Feder heißt und die Länge unter Last ist größer. Kehrt die Feder nach dem Entlasten genau dorthin zurück, war die Verformung und die Feder bleibt als Messfeder brauchbar. Bleibt sie dagegen länger, war die Verformung und die Elastizitätsgrenze wurde überschritten. Den Längenunterschied zwischen der Länge unter Last und der Ruhelänge nennt man .

Übrig bleibt „Bewegungsänderung“ — das ist die andere Wirkung einer Kraft. An der ruhig hängenden Feder ändert sich keine Bewegung, sondern nur die Form; deshalb passt das Wort in keine der Lücken.
A4
Elastisch, plastisch oder Bewegungsänderung?
AFB I

Sortiere jede Beobachtung danach, was man an ihr erkennt: eine Verformung, die wieder verschwindet, eine Verformung, die bleibt, oder gar keine Verformung.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Elastische Verformung
2Plastische Verformung
3Keine Verformung
Entscheidend ist immer der Blick nach dem Entlasten: Ist die alte Form wieder da, war die Verformung elastisch; bleibt eine Veränderung, war sie plastisch. Wer nur den belasteten Zustand betrachtet, kann die beiden Fälle gar nicht unterscheiden.
A5
Blitzrechnung
AFB I

Eine Schraubenfeder ist unbelastet 12,0 cm lang. Mit einem Massestück hängt sie 18,5 cm weit herunter. Wie groß ist die Dehnung s in cm?

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
s = 18,5 cm − 12,0 cm = 6,5 cm. Typischer Fehler ist die Angabe 18,5 cm — das ist die Länge unter Last, nicht die Dehnung. Kopfrechen-Trick: erst die ganzen Zentimeter (18 − 12 = 6), dann die Nachkommastelle (0,5 − 0,0 = 0,5).
A6
So misst du eine Dehnung
AFB II

Du sollst die Dehnung einer Feder für ein Massestück bestimmen. Bring die Arbeitsschritte in die richtige Reihenfolge.

Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Die Feder senkrecht aufhängen und ohne Last zur Ruhe kommen lassen.
2Die Ruhelänge der unbelasteten Feder am Lineal ablesen und notieren.
3Ein Massestück anhängen und warten, bis die Feder ruhig hängt.
4Die Länge der belasteten Feder am Lineal ablesen und notieren.
5Die Ruhelänge von der Länge unter Last abziehen — das ergibt die Dehnung s.
Am häufigsten rutscht das Ablesen der Ruhelänge nach hinten: Wer erst das Massestück anhängt, hat die unbelastete Länge für immer verloren und muss die Messung neu beginnen. Auch das Warten wird oft übersprungen — eine noch schwingende Feder liefert einen zu großen oder zu kleinen Wert.
A7
Rechenkette
AFB II

Eine Feder ist unbelastet 8,0 cm lang. Mit einem Massestück hängt sie 12,5 cm weit herunter, mit zwei gleichen Massestücken 17,0 cm. Nach dem Abnehmen aller Stücke misst sie wieder genau 8,0 cm; die Feder bleibt also elastisch.

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. Dehnung mit einem Massestück cm
  2. Dehnung mit zwei Massestücken cm
  3. Um wie viel cm nimmt die Dehnung je Massestück zu? cm
  4. Welche Länge hätte die Feder mit drei gleichen Massestücken? cm
Jedes weitere Massestück dehnt die Feder um dieselben 4,5 cm — die Dehnung wächst also gleichmäßig mit der Belastung. Typischer Fehler in der letzten Zeile: Man rechnet 3 · 4,5 cm = 13,5 cm und gibt das als Länge an. Gefragt ist aber die Länge, also 8,0 cm + 13,5 cm = 21,5 cm. Länge und Dehnung dürfen nie verwechselt werden.
A8
Fachbegriff und Bedeutung verbinden
AFB II

Verbinde jeden Fachbegriff mit der Beschreibung, die ihn genau trifft.

Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Sortiere zuerst nach der Frage „Länge oder Vorgang?“: Ruhelänge und Länge unter Last sind einzelne Messwerte, die Dehnung ist deren Differenz. Übrig bleiben die zwei Begriffe, die das Verhalten beschreiben. Typischer Fehler ist das Vertauschen von Dehnung und Länge unter Last, weil beide in cm angegeben werden.
A9
Fehlersuche im Schulheft
AFB II

Sechs Sätze aus einem Schulheft — drei davon sind falsch. Finde sie.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Am häufigsten steht in Klassenarbeiten der Fehler aus Zeile 6: Die beiden Längen werden addiert statt voneinander abgezogen. Ein kurzer Blick auf die Größenordnung entlarvt ihn sofort — eine Dehnung kann nie größer sein als die belastete Feder selbst.
A10
Wie groß wird die Dehnung?
AFB III

Ein einzelnes Massestück dehnt eine Feder um 2,0 cm; die Feder bleibt in allen Zeilen unter ihrer Elastizitätsgrenze. Wie groß ist die Dehnung nach der beschriebenen Änderung? Schätze für jede Zeile ein, was passiert — ohne zu rechnen.

Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = halb so groß, 2 = gleich groß, 3 = doppelt so groß, 4 = dreifach so groß, 5 = vierfach so groß. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = halb so groß5 = vierfach so groß
Du hängst ein zweites, gleiches Massestück dazu.
Du hängst insgesamt vier gleiche Massestücke an die Feder.
Du tauschst das Massestück gegen ein anderes mit derselben Masse aus.
Du nimmst ein Massestück mit der halben Masse.
Du hängst drei gleiche Massestücke an die Feder.
Solange die Feder elastisch bleibt, wächst die Dehnung im gleichen Verhältnis wie die Belastung: zwei Massestücke dehnen doppelt so weit, die halbe Masse nur halb so weit. Der typische Fehler steckt in Zeile 3 — ein Tausch gegen dieselbe Masse ändert gar nichts, wird aber oft als „mehr Last“ gelesen. Wer in Vielfachen denkt, ist hier schneller als jede Rechnung.