Die Geschichte der Metallfedern und der Federntechnik in ...

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5.2 Die Herausbildung der Elastizitätslehre
5.2.1 Anfänge der Elastizitätstheorie
Wie bereits an anderen Stellen ausgeführt, war man schon im Altertum
bestrebt, für Bauelemente mit Federaufgaben solche Werkstoffe auszuwählen,
die sich durch eine besondere Elastizität auszeichnen. Als Beispiel dazu
wird in der Literatur [5.20][5.62] immer wieder aus Philon von Byzanz,
Mechanik, Buch 4 das Vorgehen bei der Prüfung von Schwertern zitiert (s.
a. Abschn. 2.2.2).
Weiterhin ist bekannt, dass Archimedes (287 - 212 v. d. Z.) Wurfeinrichtungen
gebaut hat, bei denen die Elastizität von Stoffen (insbesondere von
Holz) genutzt wurde. Erste Anwendungen der Mathematik auf die Beschreibung
der Mechanik sind diesem griechischen Mathematiker und Physiker
zuzuschreiben.
Von Leonardo da Vinci (1452 - 1519) sind eine Reihe Konstruktionen überliefert,
in denen Federn eine bedeutende Rolle spielen. Dabei wurden auch
vereinzelt Berechnungen und Untersuchungen zum Verhalten verschiedener
Materialien vorgenommen. In vielen Fällen, beispielsweise der Balkenbiegung
und der Zerreißfestigkeit von Drähten wurden von ihm Aussagen von
hohem Allgemeinheitsgrad gemacht. In seinen Aufzeichnungen findet man
im Zusammenhang mit der Erklärung der Vorgänge beim Biegen bereits
den Begriff "Mittellinie" (heutiger Begriff: Neutrale Faser, neutrale Schicht
- erste Erwähnung in dieser Form wird dem englischen Ingenieur Thomas
Tredgold zugeschrieben [5.52]). An der Biegung eines Eisendrahtes und
einer Blattfeder werden von ihm erkannt und beschrieben, dass sich die
Randfasern (Randgebiete, Randschichten) gegenüber der Mittellinie verkürzen
bzw. verlängern. Diese Zusammenhänge sind inzwischen zu klassischen
Bestandteilen der Festigkeitslehre geworden. Über die Entwicklung einer
Elastizitätstheorie kann jedoch in diesem Zusammenhang nicht berichtet
werden. Hierzu wurden erst von Robert Hooke auf der Basis umfangreicher
Versuche die grundlegenden Formulierungen vorgenommen.
Auch Galileo Galilei (1564 - 1642) stellte Untersuchungen und theoretische
Überlegungen über das elastische Verhalten von Materialien an, die in seinem
für die Physik wichtigen Werk "Unterhaltungen und Beweisführungen
über zwei neue Wissenszweige, die Mechanik (d. h. die Festigkeitslehre)
und die Lehre von den örtlichen Bewegungen (Lehre von Fall und Wurf)"
(Leyden 1638) enthalten sind [5.52][5.15].
Robert Hooke (1635 - 1703), ein hervorragender Experimentator [5.13]
[5.11], leistete durch seine umfangreichen Versuche zur Elastizität der fes-