Federn in Reihe/parallel (Physik)?
Hallo Leute,
laut den Physikbüchern müssten zwei Federn in einem linearen Verhältnis stehen. Das bedeutet, wenn ich zwei Federkonstante D_1=D_2=30N/m habe und diese in Reihe aufhänge, müsste die neue Federkonstante eigentlich 15N/m ergeben.
Parallel (mit etwas verbunden) müsste ich beide addieren dürfen und müsste 60N herausbekommen.
Nun habe ich es gemessen und komme mit mehreren Messreihen und unterschiednlichen Messaparaten auf folgende Ergebnisse:
In Reihe ergeben beide Federn eine neue Konstante von 11,25N/m.
Parallel ergibt sich eine Konstante von 48N/m. Also in beiden Fällen mehr, als nur ein Messfehler. Die Abweichung ist zu groß...
Ich habe es ebenfalls mit den dazugehörigen Periodendauern ausprobiert und die Werte der Periodendauern stimmen nur mit den gemessenen, aber nicht theoretischen, Periodendauern zusammen. Mache ich irgendwo einen grundlegenden Fehler?
Vielen Dank für konstruktive Ideen/Antworten!
2 Antworten
Bist du dir sicher, dass du zwei Federn jeweils mit Federkonstante 30 N/m verwendet hast? Hast du das nochmal nachgemessen (bzw. zumindest vorher gemessen). Wenn ich das mit den von dir gemessenen Werten zurückrechne, komme ich nämlich auf 30 N/m für die eine Feder, aber nur 18 N/m für die andere Feder.
Ansonsten könnte es helfen, wenn du deinen Versuch bzw. die Versuche möglichst genau beschreibst (bzw. am besten auch mit Skizze oder Foto), dann könnte man dir besser helfen, herauszufinden ob/wo es einen systematischen Fehler gibt. [Beispielsweise wenn du die Kräfte mit einem Feder-Kraftmesser gemessen hast: Hast du bei der Messung der Länge tatsächlich die Längenänderung(en) der zu untersuchenden Federn gemessen, oder hast du stattdessen nicht berücksichtigt, dass der Feder-Kraftmesser ja unter Belastung auch seine Länge ändert und das versehentlich mitgemessen? Bei der Messung mit der Schwingungsdauer könnte es unter Umständen auch noch die eigene Masse der Federn eine Rolle spielen, wenn diese nicht vernachlässigbar klein im Vergleich zur angehängten Masse ist.]
Denn theoretisch (und eigentlich auch praktisch) sollte man bei zwei Federn mit D1 = D2 = 30 N/m wirklich 15 N/m für Reihenschaltung und 60 N/m für Parallelschaltung messen können.
Die Federkonstanten lassen sich doch super ausmessen. Da gab es einen Denkfehler. Nun sind es nur noch Messwerte der Periodendauern, die immer etwas zu hoch sind. Da werde ich erstmal schwerere Massen ausprobieren, was dann hoffentlich mit der Theorie in Einstimmung kommt. Danke nochmal!
Wobei man bei schwereren Massen natürlich aufpassen muss, dass die nicht so schwer sind, dass man sich damit die Federn kaputt macht, wenn man dann mit zu hohen Kräften in den Bereich von plastischer statt elastischer Verformung kommt.
Man könnte auch die Massen der Federn messen und die entsprechend verteilt mit einberechnen, was das Modell evtl. etwas genauer aber auch komplizierter macht, als mit einer einzigen Masse am Ende der Feder.
Am besten mal die Fehlerrechnung durchführen. Dann kannst du nämlich schauen, ob dein experimenteller Wert im Bereich der Messunsicherheiten mit dem theoretischen übereinstimmt. Da jede Messung mit einem Messfehler behaftet ist, wirst du nie eine exakte Übereinstimmung mit der Theorie erhalten.
Ich glaube tatsächlich, dass die Federkonstanten falsch gemessen wurden. Ich war schon auf dem Rückweg nach Hause, kehre aber um, da es tatsächlich alles Weitere lösen könnte! Danke schonmal für die umfangreiche Antwort, wo echt viele Ansätze drin waren.