Was ist Federkraft?
Eine Feder ist ein Objekt, das beim Aufbringen einer Kraft in eine bestimmte Richtung zusammengedrückt wird und dann nach Aufheben der Kraft dekomprimiert oder auf seine ursprüngliche Abmessung zurückfedert. Federkraft ist die Beschreibung der Kraft, die den Rückprall der Feder verursacht. Es ist ein Merkmal des Materials auf molekularer Ebene und seiner dreidimensionalen Form auf Makroebene. Das Hookesche Gesetz ist die übliche Formel zur Berechnung dieser Kraft.
Ein konstanter Druck auf eine Oberfläche kann alles sein, was für eine Feder in einem Mechanismus erforderlich ist. Die Federn im Stoßdämpfungssystem eines Autos sind nicht zur Messung der Durchbiegung kalibriert, sondern zur Absorption der von den Rädern auf das Auto übertragenen Energie. In vielen kleinen Geräten oder elektrischen Geräten bestehen Schalter teilweise aus einem Stück Metall, das als Feder wirkt. Der Streifen ändert seine Form, wenn Druck ausgeübt wird, der dann einen neuen Satz elektrischer Kontakte verbindet.
In anderen Anwendungen liefern Federn dem Benutzer eine proportionale quantitative Rückmeldung. Beim Messen eines Gewichts wird die Federkraft um eine Strecke zusammengedrückt, die proportional zur Schwerkraft auf das Gewicht ist. Je genauer eine lineare Reaktion beobachtet wird, desto besser ist ein gegebenes Material und eine gegebene Konfiguration für eine Metrologieanwendung. Materialien, die über ihre Elastizitätsgrenze hinaus gedehnt wurden, reagieren nicht mehr als Feder.
Federn gelten nicht als einfache Maschine, da sie keine Kraft über eine Distanz übertragen. Sie müssen abgelenkt oder über eine Strecke gedehnt werden, um die auf die Feder ausgeübte Energie aufzunehmen. Der größte Teil der Energie wird in die ursprüngliche Eingangsrichtung zurückgespeist. Die Federkraft wirkt immer im Einfallswinkel. Ein Teil der Energie geht als Wärme verloren.
Das Hookesche Gesetz besagt, dass die Kraft gleich dem Negativ der Federkonstante multipliziert mit dem Abstand ist. Solange eine Feder innerhalb ihrer elastischen Grenzen funktioniert und proportional zur ausgeübten Kraft reagiert, ist die Feder eine Hookes'sche Feder und ihr Material wird als solche angesehen. Diese Materialien sollen eine linearelastische Eigenschaft haben und eine charakteristische Federkonstante aufweisen. Das negative Vorzeichen ergibt sich aus der resultierenden Kraft aus der entgegengesetzten Richtung der einfallenden Kraft.
Auf dem neuen Gebiet der mikroelektromechanischen Systeme (MEMS), auch Mikromaschinen genannt, wurden mikroskopische Federn hergestellt. Diese nanoskaligen Federn bestehen aus Filmen, die auf ähnliche Weise wie IC-Gehäuse (Integrated Circuit) geätzt wurden. Forscher haben das Hooksche Verhalten demonstriert und sie als winzige Lineale oder Sonden zum Erkennen von Oberflächenvariationen verwendet.