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Diese Lerneinheit befasst sich mit dem Knicken gerader, mittig gedrückter Stäbe.
Jeder hat wahrscheinlich schon einmal einen Trinkhalm aus Kunststoff senkrecht auf die Tischplatte gestellt und mit einem Finger auf das obere Ende gedrückt. Bereits mit relativ geringem Kraftaufwand bringt man den Halm zum Ausknicken. Meistens ist er nach einer solchen Behandlung nicht mehr zu gebrauchen. Versucht man hingegen den Strohhalm zu zerreißen, indem man an beiden Enden zieht, so wird man wesentlich mehr Kraft aufwenden müssen, wenn man es überhaupt bewerkstelligt.
Allgemein kann man den Vorgang wie folgt beschreiben. Ein Stab wird durch eine Druckkraft belastet, die immer größer wird. Zunächst bemerkt man keinerlei Verformungen senkrecht zur Stabachse des Bauteils. Wenn die Kraft jedoch einen bestimmten kritischen Wert erreicht, nimmt das Bauteil schlagartig eine andere Form an. Es ist danach meist nicht mehr funktionsfähig und schlimmstenfalls gebrochen. Man bezeichnet dieses Phänomen, bei dem plötzlich große Verformungen stattfinden als "Knicken".
Als weitere Beispiele kann man Eisenbahnschienen und Strommasten anführen. Wenn im Sommer große Hitze herrscht, kann es vorkommen, dass sich Eisenbahnschienen verwerfen. Die Verlängerung aufgrund der Temperatur wird behindert und es entsteht eine Druckspannung in der Schiene. Wenn diese zu hoch wird, kommt es zum Knicken. Ebenso sind Strommasten gefährdet, wenn sie im Winter ungewöhnlich hohen Schnee- oder Eislasten ausgesetzt sind.
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Beim Knicken handelt es sich nicht um ein Festigkeitsproblem, bei dem die Verformung proportional zur Kraft zunimmt, sondern um ein sogenanntes Stabilitätsproblem. Stabilitätsprobleme treten in der Praxis immer dann auf, wenn ein Bauteil auf Druck oder Schub belastet wird.
Beispiele für andere Stabilitätsfälle gibt es hier:
