Verformungskraft

Untertitel: Physikalische Bänderzerrung

• EXP: Schraubenfeder

Was versteht man unter elastisch und plastisch (F18)? Nach einer elastischen Verformung nimmt ein Gegenstand wieder seine ursprüngliche Gestalt ein. Diese Verformungen sind also reversibel und „elastische Chirurgie„ wäre kein Renner! Nach einer plastischen Verformung bleibt eine dauerhafte (irreversible) Formveränderung zurück.

Robert Hook war einer der vielseitigsten Gelehrten des 17. Jahrhunderts und mit seinem Zeitgenossen Newton ziemlich zerstritten. Er interessierte sich vor allem für praktische Dinge und entdeckte, dass die Kraft, die man zur Dehnung einer Spiralfeder benötigt, proportional zur Dehnung ist.

Um eine Feder doppelt so stark zu dehnen, ist auch eine doppelt so große Kraft notwendig. Das nennt man das Hook'sche Gesetz /*(siehe auch Kap. 14.2, „Big Bang“ 6)*/. Die Verformung einer Feder ist daher elastisch. Egal wie viele Gewichte vorher drauf waren: für ein bestimmtes Gewicht gibt es auch immer eine ganz bestimme Dehnung. Das nutzt man zum Beispiel bei Federwaagen aus. Diese sind in der Technik mit Newton beschriftet. Am Markt findet man manchmal auch noch welche, die auf eine Masse geeicht sind. Die Menschen kaufen lieber 1 kg und nicht 10 N Bananen.

• Hook

Das Hook'sche Gesetz gilt für alle Stoffe nur in einem gewissen Bereich! Warum? Nun, wenn du zum Beispiel ganz stark an einer Feder ziehst, dann hast du im Extremfall nur mehr ein Stück Draht. Überschreitet man einen bestimmten Kraftwert, dann wird das Material plastisch und bleibt dauerhaft verformt.

Das Bindegewebe des Menschen (etwa Sehnen oder Bänder) besteht zu einem großen Teil aus Kollagen. In Abb. 8.31 siehst du ein typisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm für solches Gewebe. Bei kleineren Kräften verhält es sich elastisch (a+b), die Verformung ist also reversibel. Aber nur im Bereich b gilt das Hook'sche Gesetz! Dehnt man zu stark, kommt man in einen plastischen Bereich (c) und es kann sogar zum Riss kommen (d).

Eine Verletzung der äußeren Seitenbänder im Knöchel durch Umknicken ist eine der häufigsten Sportverletzungen überhaupt. Wenn man Glück hat, dann bleibt man im elastischen Bereich des Bandes und kommt mit dem Schrecken davon. Kippt man stärker um, bleibt eine plastische Verformung über (also eine Bänderzerrung, 19) und im schlimmsten Fall kommt es sogar zum Riss.