-> Artikel zu Dehnungsmessstreifen von Prof. Schneider in "Wege in der Physik-Didaktik", Bd.2 (S.107ff)

Funktionsprinzip:
Ein Draht (oder eine geätzte Metallfolie) wird in Form einer Messschleife der zu messenden mechanischen Belastung ausgesetzt => Änderung des el. Widerstands wobei DR/R proportional zur Dehnung Dl/l ist.

Anzeige:
Den Wert von DR/R zur Anzeige zu bringen ist lediglich ein elektronisches Problem, dessen Lösung im wesentlichen zwei Schritte umfasst:
a) Der Dehnungsmessstreifen wird in eine Wheatstone-Brücke eingebaut, so dass man ein zu DR/R proportionales Spannungssignal erhält.
b) Das kleine Spannungssignal wird um den Faktor 100 bis 1000 verstärkt und kann nun von der Umwelt aufgenommen und als Messwert für die wirkende Kraft interpretiert werden.

ohne Berücksichtigung des tatsächlichen Kraftwertes

^. Versuch: Hangabtriebskraft
Anmerkung: Das Eigengewicht der Messfeder wird bei F_H || F_G (90°) durch das Messsystem kompensiert.
Für Winkel < 90° ergibt sich durch diese Kompensation eine negative Kraftanzeige auch wenn keine Last am System angreift.
Zur Ermittlung genauer Werte für F_H bestimmt man zunächst ohne Last die folgende Tabelle

^. außerdem:

- magnetische Kraft / Abschirmung
- Kraft auf stromführende Leiter
- Reibung (-> 1.5)
- Auftriebskraft

^. Versuch: Simulation der Kräfte auf ein Raumschiff auf der Reise von der Erde zum Mond

Die Anziehungskräfte von Erde und Mond werden durch zwei stromdurchflossene Spulen (eine mit Eisenkern) simuliert. Als Raumkapsel dient ein kleiner aber starker Magnet (STARK-Verlag), der am Kraftsensorbaustein befestigt wird. Der ganze Kraftsensorbaustein wird auf einen Hebetisch montiert und kann so langsam von der einen Spule zur anderen bewegt werden. Auf den Eisenkern wird ein Stück Styropor gelegt, damit die "Raumkapsel" nicht zu nahe an den Eisenkern herankommt.

Ziel:
Erarbeitung der Größe "Drehmoment" und der Gesetzmäßigkeiten am Hebel aus dynamischer Sicht.
Sehr oft wird in der Literatur und wohl auch im Unterricht bei der Bearbeitung des Themas Hebel vom Gleichgewichtszustand ausgegangen.
Entscheidend ist aber für die Anwendung des Hebels die dynamische Sichtweise da man im allgemeinen einen Vorgang in Gang setzen will: Herausziehen eines Nagels - Öffnen einer Flasche - Abzwicken eines Drahtes.
=> Interessant ist beim Hebel die Wirkung, die mit einer bestimmten Kraft hervorgerufen werden kann - diese wird im folgenden mit F_W bezeichnet.

Ablauf der Unterrichtseinheit
1. Messung der Größe der wirkenden Kraft F_W in Abhängigkeit von der eingesetzten Kraft F_e ohne den Weg zu berücksichtigen (z.B. weil man trotz aller Anstrengung einen Nagel nicht lösen kann !)
-> F_W <-> F_e
=> Ergebnis: F_W ~ F

2. Messung der Größe der wirkenden Kraft F_W in Abhängigkeit vom Angriffspunkt der eingesetzten Kraft F
-> Versuch zu F_W(a) mit dem Kraftsensor

=> Ergebnis: F_W ~ a

3. Messung der Größe der wirkenden Kraft F_W bei gleichzeitiger Veränderung von F und a

Die Messreihe führt (nach interessanten Versuchen die Werte für F_W bei einer neuen Konstellation vorherzusagen) zum Ergebnis F_W ~ F ^. a
-> Definition des Drehmoments als Maß für die Wirkung einer Kraft am Hebel
Anmerkung: Zusammenfassung von zwei Proportionalitäten!

- Aus der Mathematik:
direkte Proportionalität bedeutet immer auch Quotientengleichheit - hier: Berechnung des Quotienten
F ^. a : F_W => Einheit "cm" !?
-> F ^. a : F_W = a_W bzw. F ^. a = F_W ^. a_W -> Formulierung des Hebelgesetzes

Zurück zum dynamischen Aspekt:
Wenn die Wirkung einer Kraft größer ist als die Reibung zwischen Nagel und Holz, so bewegt sich der Nagel.
Aus dem Vergleich von Kraft und Kraftweg mit Last und Lastweg (möglich über Scheitelwinkel und Kreisbogenlängen) erhält man eine erste Aussage zur goldenen Regel der Mechanik.