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Messung von Kräften

Einleitung

Das Prinzip der Kraftmessung entspricht etwa dem der Druckmessung. Die SI-Einheit der Kraft (F) ist das Newton (N) [kg·m·s-2]. Ein Newton ist die Kraft, die benötigt wird, um einen Gegenstand mit der Masse von 1 kg mit 1 m/s-2 zu beschleunigen.

F = m a

Zur Kraftmessung werden verschiedene physikalische Effekte ausgenutzt. Wichtig ist, dass ein möglichst linearer Zusammenhang zwischen der Kraft und der anderen Größe besteht, wie z.B. der Piezoelektrizität oder der Dehnung.

Am häufigsten wird die Dehnung bzw. Stauchung von Federn zur Messung der Kraft ausgenutzt, solange diese elastisch erfolgt und somit dem Hooke'schen Gesetz folgt. Denn nur dann sind die Kraft und die Dehnung proportional zueinander.

F e l = c s c = Federkonstante s = Längenänderung

Diese mechanischen Kraftmesser (Federwaagen) werden oft für grobe Messungen benutzt, können jedoch durch die Kombination mit optischen Verfahren eine hohe Genauigkeit erreichen.

Der piezoelektrische Effekt macht ebenfalls eine Kraftmessung möglich. Hierfür eignet sich Quarz besonders gut. Bereits 1880 erkannten die Gebrüder Jacques und Pierre Curie, dass Quarz bei mechanischer Beanspruchung eine elektrische Spannung erzeugt.

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