Ach ja,
oben habe ich ja schon angedeutet, das es Sinn machen könnte, sich über ein paar grundlegende Eigenschaften von Werkstoffen (hier Metalle) zu informieren. Das habe ich in Ansätzen getan, ist nur ein wenig Schul-Physik.
Wen es interessiert, hier meine "Erkenntnisse" dazu:
(
man muss es aber nicht lesen, und ich bitte um Ergänzungen von Leuten, die wirklich was davon verstehen.)
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Also, Metalle haben natürlich viele Eigenschaften (Gewicht, Schmelzpunkt, Siedepunkt, ...).
Sehr oft interessieren uns aber die Eigenschaften, die beschreiben, wie Metalle sich unter Krafteinwirkung
verhalten, z.B. ob sie sich verformen oder gar reissen!
Daher müssen wir uns zunächst mit dem Begriff der Kraft auseinandersetzen.
KRAFT
Der alte Newton (ja, der, dem der Apfel auf den Kopf gefallen ist
) hat heraus gefunden,
dass eine Kraft etwas ist, das einen KÖRPER, also etwas, das Gewicht hat, BESCHLEUNIGEN kann.
Beispiel: ein Fahrzeug von 1 KG Gewicht bewegt sich konstant mit 1 m pro Sekunde nach vorne. Wenn man mal die
Reibung vernachlässigt, wirkt hier zunächst KEINE Kraft. ABER: Beschleunige ich diesen Körper, so dass er nach
einer Sekunde, in der die Beschleunigung wirkt, doppelt so schnell fliegt, DANN benötige ich eine Kraft.
Die Kraft benötige ich also, damit der Körper noch schneller fliegt als vorher.
Kraft bedeutet also
BESCHLEUNIGUNG (nicht Geschwindigkeit!!!!) von KÖRPERN (kg),
Beschleunigung wird gemessen in m/(s*s). Das Gewicht von Körpern wird in Kg gemessen. Also wird die Kraft in kg * m /(s*s)
gemessen, eben Masse mal Beschleunigung. Ja, das ist Kraft, nichts anderes!
Die Einheit der Kraft heisst in Würdigung seiner Verdienste "Newton" (N).
EIN N bedeutet, dass ich einen Körper von 1 Kg in einer Sekunde um einem Meter/Sekunde beschleunigen kann.
Das heisst, der Körper bewegt sich nach Anwendung der Kraft um 1 m/s schneller vorwärts als vorher! Die Kraft wirkt dabei eine Sekunde auf den Körper ein.
SOWEIT, SO GUT, ABER das reicht noch nicht.
SPANNUNG
Denn eine Kraft kann sich räumlich natürlich auf eine Fläche verteilen. Dann wirkt PRO Fläche eine mehr oder weniger
große Kraft. Das nennen wir dann Druck oder, in der Mechanik, SPANNUNG.
Beispiel:
ich bringe eine Kraft auf, die einen 1 Kg schweren Körper in einer Sekunde um 1 m/s beschleunigen kann.
Richte ich diese Kraft auf die Fläche einen Hochhauses, dann lacht das Hochhaus darüber nur.
Richte ich genau die gleiche Kraft auf die Spitze einer Nadel, dann kann es Weh tun.
Druck (Spannung) ist also die Kraft, die auf eine Fläche (Fläche ist Meter mal Meter, also m*m) wirkt.
Also Kraft/Fläche. Rein formal also kg*m/(s*s)/(m*m), also kg/(s*s)/m.
Druck (Spannung) wird in Pascal (Pa) gemessen. Nochmal: das ist Kraft pro Fläche, also N/(m*m).
OK, nun wissen wir, was Druck (oder eben Spannung) ist. UND NUN?
Tja, nun messen wir, wie ein Metall unter Druck (Spannung) reagiert!
Aber was wollen wir eigentlich wissen?
Hier mal ein paar Kenngrößen, die offenbar besonders wichtige Eigenschaften von Körpern (Metallen) beschreiben:
- Elastizitätsmodul: Beschreibt, wieviel Spannung (Druck) ich auf einen Körper geben muss,
damit eine gewisse Dehnung (Längenausdehnung) erreicht wird.
- Elastizitätsgrenze (Dehngrenze): Beschreibt die Spannung, ab der ein Körper
sich plastisch verformt. Plastisch heisst, dass die Verformung nicht mehr weg geht, wenn man die Kraft absetzt.
- Zugfestigkeit: Beschreibt, ab welcher Spannung ein Materiel reisst.
Also alle drei oben genannten Eigenschaften lassen sich über einen Wert für die Spannung beschreiben. Sie sagen aus, wieviel Spannung
nötig ist, damit eine vorgegebene Dehnung erreicht wird, eine plastische Verformung eintritt, oder das Material reisst.
Hier mal die Werte für Aluminium und Messing, laut Internet:
Elastizitätsmodul
Alu-Legierungen: 70 GPa
Messing: 78-123 GPa
Elastizitätsgrenze:
Alu-Legierungen: 40-500 MPa
Messing: 120-420 MPa
Zugfestigkeit
Alu-Legierungen: 300-700 MPa
Messing: 310-460 MPa
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Und, hilft das jetzt, ein Sax besser zu reparieren. Tja, nicht wirklich!