In diesem Artikel des Kinetik-Skripts geht es darum zu lernen wie man die Federkraft berechnen kann. Die Federkraft wird auch häufig als Spannkraft bezeichnet und ist immer wieder Thema in der Mechanik. Auch in anderen Bereichen der Technik ist die Federkraft ein elementarer Bestandteil, wie z.B. beim hookeschen Gesetzt, das häufig in der Werkstofftechnik und Festigkeitslehre angewendet wird. Die Formel der Federkraft kann nämlich nicht nur für Federn, sondern auch für andere elastische Körper verwendet werden.

Die Federkraft berechnen

Wenn ein elastischer Körper, beispielsweise eine Schraubenfeder, zusammengedrückt oder auseinandergezogen wird, wirkt jeweils in der Feder eine entgegengesetzte Kraft, mit der die Feder wieder in ihre ursprüngliche Form zurückversetzt werden soll.

Dabei gilt: Je länger die Strecke s ist, um die eine Feder gedehnt oder gestaucht wird, desto stärker ist die entgegenwirkende Spannkraft F_S der Feder. Um die Spannkraft bzw. Federkraft zu berechnen, kann folgende Formel genutzt werden, die auch als "hookesches Gesetz" (benannt nach und zu Ehren von ihrem Entdeckers Robert Hooke) bekannt ist:

Formel - Spannkraft/Federkraft:

F_S - Spannkraft / Federkraft [N]
k – Federkonstante [N/m] bzw. [kg/s²]
s - Federweg [m]

Feder, die durch ein Gewicht gespannt wird

Warum ist die Federkraft negativ?

Das in der Gleichung notierte Minuszeichen bedeutet, dass die Auslenkungsrichtung einer Feder der Federkraft entgegengesetzt ist, bezogen auf ihre Ruhelage.

Federkonstante

Die angegebene Federkonstante k ist von Material und Form der Feder oder eines anderen elastischen Körpers abhängig. Die Federkonstante k, bzw. die Federhärte, einer Schraubenfeder nimmt mit zunehmender Dicke des verwendeten Drahtes zu und ebenso durch eine engere Wicklung des Drahtes. Die Federkonstante wird allgemein in der Einheit Newton pro Meter (N/m) angegeben.

Die Federkonstante k ist der Quotient aus der Spannkraft F und der Auslängung (bzw. dem Federweg) ∆L. Das Berechnen der Federkonstante funktioniert mit folgender Gleichung:

k – Federkonstante [N/m] bzw. [kg/s²]
F_S - Spannkraft / Federkraft [N]
∆L - Auslängung / Federweg [m]

Die Formel für die Federkonstante ist im Prinzip eine Umstellung der Berechnungsformel der Federkraft. Es ist also relativ einfach die Federkraft zu berechnen. Mehr über die Federkonstante im folgenden Artikel.