Titel: Thurston, über Festigkeit etc. der Constructions-Materialien.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1876, Band 220 (S. 193–200)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj220/ar220055

 Die Festigkeit und andere Eigenschaften der Constructions-Materialien, abgeleitet von Diagrammen, welche durch die selbstthätig registrirende Festigkeitsmaschine hervorgebracht wurden; von Professor R. H. Thurston.1

In einem Aufsatze, welchen der Verfasser vor der American Society of Civil Engineers im Februar und April 18742 vorlas, berichtete derselbe über eine Reihe von Untersuchungen, welche er mit Hilfe eines neuen Apparates gemacht hatte, und erläuterte denselben mit Facsimiles einer Sammlung von Diagrammen, welche automatisch hervorgebracht waren. Die neue Untersuchungsmethode und die Wichtigkeit der Schlüsse, welche aus diesen autographischen Aufzeichnungen gezogen wurden, erregten viel Aufmerksamkeit, und wurde der Aufsatz vielfach abgedruckt.3 Vor nicht langer Zeit wurde derselbe für Dingler's polytechn. Journal (vgl. * 1875 216 1. 97. 465. 217 161 345. 218 185) ins Deutsche übertragen. Kurz nach dieser Veröffentlichung folgte ein Aufsatz eines der hervorragenden Collegen des Verfassers, Professor Kick am k. k. deutschen polytechnischen Institute zu Prag, welcher mehrere Punkte kritisirt (vgl. * 1875 218 185), so daß es rathsam erscheint, einige der schwierigern Punkte meines Aufsatzes näher zu betrachten und auf diese Weise die Quellen der Fehler, welche der Kritiker gemacht hat, aufzuklären.

Der erste Punkt, welchen Prof. Kick kritisirt, ist die Angabe, daß wichtige Unterschiede existiren zwischen den Resultaten, welche der Verfasser der Kritik und der Schreiber dieses erhalten haben. Dieser Unterschied wird der Eigenthümlichkeit des Apparates zugeschrieben und der Art des Experimentirens, von welcher gesagt wird, daß sie große Fehler besitze. Ein solcher Unterschied besteht wirklich zwischen meinen und Kick's Resultaten; daß derselbe aber dem angegebenen Grunde zuzuschreiben sei, |194| ist nicht so selbstverständlich, und wird das Folgende diese Behauptung vollständig umstoßen. Der Kritiker nimmt an, daß die Manipulation fehlerhaft sei, ohne dies im Geringsten zu beweisen, und behauptet später, mathematisch zu „beweisen“, daß der Apparat, welcher als „dynamisch“ angegeben wird, die Resultate statisch aufzeichnet, so daß grobe Aufzeichnungsfehler vorkommen.

Der mathematische Theil der Arbeit ist richtig, und werden wir hiervon Gebrauch machen, um zu zeigen, in wie fern das falsche Element — der Widerstand, welcher durch die Beschleunigung des Gewichtes bedingt wird — welches so hervorragend als die Ursache „namhafter“ Fehler hingestellt ist, wirklich solche Fehler hervorbringen würde.

Nehmen wir einen unmöglichen Fall an, denken wir uns, ein vollständig unbiegsames Probestück würde in meiner Festigkeitsmaschine (vgl. Fig. 1 Bd. 216 S. 2) untersucht, so würde die Geschwindigkeit der Bewegung des Gewichtes derjenigen des Handgriffes vollständig gleichkommen, oder sie würde ihr Maximum erreichen. In Wirklichkeit gibt das Probestück immer nach, und ist die Geschwindigkeit des Gewichtes deshalb immer geringer als die des Handgriffes. In der größern Anzahl von Fällen bewegt sich das Gewicht viel langsamer als der Handgriff, sogar wenn derselbe seine größte Geschwindigkeit erreicht. Während des größten Theiles des Versuches bewegt sich das Gewicht mit kaum bemerkbarer Geschwindigkeit, welche nicht einmal gemessen werden kann. Zu andern Malen bewegt sich das Gewicht wirklich abwärts, wie an den Diagrammen bemerkt werden kann, wo die relativen Geschwindigkeiten des Handgriffes und des Gewichtes leicht verglichen werden können.

Thatsächlich ist die Bewegung des Gewichtes unabhängig von derjenigen des Handgriffes, und hängt dieselbe von dem Widerstande des Prüfungsstückes ab, indem sie entweder zu- oder abnimmt, sowie dieser Widerstand sich vermehrt oder vermindert. Dies geht immer sehr langsam vor sich und beinahe ausnahmslos mit viel geringerer Geschwindigkeit als die Bewegung des Handgriffes.

Im Gebrauch meiner Festigkeitsmaschine bei Versuchen wird der Handgriff immer sehr langsam bewegt, und wenn Diagramme für wissenschaftliche Zwecke hervorgebracht werden sollen, so wird peinliche Sorgfalt angewendet.

Die nachfolgenden Zahlen geben eine Idee von der Geschwindigkeit des Handgriffes, abwechselnd eine etwas rasche und eine gewöhnliche, langsame Bewegung repräsentirend. Die Bewegung des Gewichtes ist viel langsamer, wie schon vorher bemerkt worden ist.

|195|
Zeit. Winkel . R cos . Distanz. Maximalmoment.
Grad. Zoll. m. Zoll. m. Fußpfund.
(A) 1 Minute 13,00 47,125 = 1,197 13,54 = 0,362 135,987
(B) 2 Minuten 37,33 38,75 0,987 32,00 0,813 292,755
(C) 1 Minute 13,00 47,125 1,197 13,54 0,362 135,987
(D) 2 Minuten 37,06 39,00 0,993 31,70 0,805 291,700

Bei dem Versuch, eine größere Geschwindigkeit der Bewegung hervorzurufen, wurden die folgenden Resultate erlangt:

Zeit. Winkel . R cos . Distanz. Maximalmoment.
Grad. Zoll. m. Zoll. m. Fußpfund.
(E) 1 Minute 38,66 40,75 = 1,035 28,73 = 0,731 267,02
(F) 1 Minute 47,66 38,00 0,838 40,63 1,032 380,98

Professor Kick gibt den Widerstand, welcher durch die Beschleunigung des Gewichtes hervorgerufen wird, richtig als v G/g t an und die ganze Spannung als

S = G + v G/g t oder S/G = 1 + v/g t,

wobei S die ganze Spannung, v die Geschwindigkeit am Ende der Zeit t und g die Acceleration = 386 Zoll engl. = 9m,8 bedeuten. Folglich finden wir für die oben angegebenen Fälle, wenn wir die Geschwindigkeiten als diejenigen des Gewichtes annehmen, wie Kick irrthümlich behauptet:

(A) S/G = 1 + 13,54 × 2/386 × 60 = 1,001169.

(B) S/G = 1 + 32 × 2/386 × 120 = 1,001382.

(C) S/G = 1 + 13,54 × 2/386 × 60 = 1,001169.

(D) S/G = 1 + 31,70 × 2/386 × 120 = 1,001347,

und für die Fälle, in welchen die Beschleunigung durch die Anstrengung aller Kraft des Operateurs so groß wie möglich gemacht wurde, finden wir:

(E) S/G = 1 + 28,78 × 2/386 × 60 = 1,002485.

(F) S/G = 1 + 40,63 × 2/386 × 60 = 1,003509.

Aus den oben angegebenen Resultaten müssen wir schließen, daß der größtmögliche Fehler, welchen die von Kick angenommene Ursache verursachen kann, um damit die Unterschiede zwischen seinen eigenen Resultaten und denjenigen, welche der selbstthätig registrirende Apparat anzeigt, zu begründen, ein Bruchtheil von einem Achtel Procent ist. Jeder in diesem Zweige wissenschaftlicher Untersuchung erfahrene |196| Experimentator weiß aber, daß dieser Maximalfehler weit innerhalb der Schwankungen fällt, welche sogar bei nominell gleichen Constructionsmaterialien in ihrer Qualität vorkommen. Man sieht also, daß dieser Punkt der Kritik gar kein praktisches Gewicht hat.

Nehmen wir nun die relative Geschwindigkeit des Handgriffes, wie sie oben angegeben ist, und die des Gewichtes, wie sie von den veröffentlichten Diagrammen gefunden werden kann, und wenden wir dieses als das deutlichste Beispiel auf Schmiedeisen an, so sehen wir, daß innerhalb der Elasticitätsgrenze der Fehler, welcher den Werth der Daten vernichten soll, möglicher Weise 0,001 sein kann, und daß dieser Fehler an der Elasticitätsgrenze sich auf Null reduciren muß, da das Gewicht dann still stehen bleibt. Ueber diese Grenze hinaus wird der Fehler durch ein Heben des Gewichtes bedingt, welches blos einen sehr kleinen Bruchtheil der Bewegung des Handgriffes ausmacht, und welches zu klein ist, um dasselbe durch irgend eine gebräuchliche Methode an dem Diagramme messen zu können. Man sieht daher, daß die Kritisirung des verehrten Collegen ganz und gar ungenügend ist, um die von ihm bemerkten Unterschiede zu begründen. Es ist ganz richtig, den Grund der Fehler in dem Apparat zu suchen — vorausgesetzt, daß meine Resultate falsch und diejenigen Kick's richtig sind; denn bei den erstern erzählt die Maschine selber die Geschichte und macht deshalb nicht die Fehler persönlicher Beobachtung, welche in den nach der ältern Methode gefundenen Daten vorkommen.

Mit Sicherheit kann behauptet werden, daß die Fehler, welche der Trägheit und der Beschleunigung des Gewichtes zuzuschreiben sind, durch vorsichtige Hantirung ebenso verschwindend klein und praktisch nicht meßbar gemacht werden können, wie bei den alten Formen von Festigkeitsmaschinen. Nehmen wir die Thatsachen in Betracht, daß die Resultate, welche mit den ältern Methoden gefunden wurden, persönlichen Beobachtungsfehlern ausgesetzt sind, während bei der von mir angewendeten Methode die selbstthätig registrirende Festigkeitsmaschine dieselben automatisch verzeichnet, so scheint es, daß der Vortheil der Genauigkeit auf Seiten der letztern zu finden ist.

Der Verfasser glaubt durch die angeführten Thatsachen endgiltig bewiesen zu haben, daß die Behauptung des Kritikers: daß trotz der größten Vorsicht die Diagramme sehr leicht unrichtig und unzuverlässig werden, ohne gesunde Grundlage und selber falsch ist.

Der zweite Punkt von Prof. Kick's Kritik, in welchem er diese zum Voraus angenommene Ursache der Fehler als den Grund für die Unterschiede in den ersten Theilen der Diagramme 6,100 und 85 Taf. B (Bd. 216) |197| angibt, und welche der Schreiber dieses den eigenthümlichen Bedingungen der Molecular- oder mechanischen Zusammensetzung zuschrieb, wird nicht blos widerlegt durch das Vorhergehende, sondern noch endgiltig durch eine große Anzahl von Experimenten, die vor und nach dem ersten Aufsatze gemacht wurden, und bei welchen die genannten Eigenthümlichkeiten sehr hervorragend waren, obgleich die Experimente wie immer mit äußerster Vorsicht gemacht wurden. Die Unrichtigkeit der besagten Kritik wird überhaupt noch bewiesen durch die charakteristischen Unterschiede, welche sich in den Diagrammen verschiedener Metalle zeigten, wie aus den veröffentlichten Diagrammen für Eisen, Stahl, Kupfer, Zinn u. s. w. gesehen werden kann. Solche Unterschiede können unmöglich dem angegebenen Grunde zuzuschreiben sein.

Als „unumstößlichen Beweis“ für die Bestehung dieser Ursache für Fehler führt Kick die eigenthümlichen Diagramme Nr. 101 und 118 auf Tafel C an. Diese beweisen, daß der schnellen Bewegung des Handgriffes (nicht des Gewichtes) ein Fallen des Gewichtes und des Bleistiftes folgt. Ich schrieb dies einer Schwächung des Materials durch rasche Verdrehung zu — eine Folgerung, welche durch ein Studium der Experimente Kirkaldy's unterstützt wurde, wie auch durch zahlreiche Experimente, die ich seitdem mit dem authographischen Apparate gemacht habe, ferner durch viele Experimente, welche Commandeur Beardslee in der Washington-Navy-Yard mit einer Festigkeitsmaschine machte, die zur Beobachtung dieser Erscheinung außerordentliche Vortheile bot, und endlich hauptsächlich durch großartige Experimente über eiserne Balken für Zielscheiben, welche General Barnard in einem Aufsatze beschrieb, den er vor der American Society of Civil Engineers vorlas, und auf welche der Verfasser dieses in einer Discussion hinwies, die bei der siebenten jährlichen Convention vorkam.4

Der Fehler, welchen der Kritiker machte, zeigt sich sogleich, wenn man bemerkt, daß während der raschen Bewegung des Handgriffes und der Verdrehung des Probestückes — hervorgebracht durch einen schweren Schlag auf den Handgriff — das Gewicht nicht Zeit hatte, sich zu bewegen, und ein Fallen des Gewichtes der Verdrehung folgte. Diese Thatsache wurde in dem ersten Aufsatze hervorgehoben als ein Beweis, daß rasche Verdrehung das Material schwäche. Dieser Beweis würde vollständig genügen, aber die Experimente, welche General Barnard beschrieb, und gar diejenigen des Commandeurs Beardslee bestätigen dies endgiltig.

|198|

Die Bestreitung der Principien (6) und (7) durch den Kritiker wird durch das Vorhergehende vollständig widerlegt und braucht nichts weiter darüber geschrieben zu werden.

In seinem Aufsatze sagt Kick weiter, daß das Phänomen „der Erhöhung der Elasticitätsgrenze durch andauernde Spannung“, welches der Verfasser als seine Entdeckung beansprucht, durch General Uchatius in Wien entdeckt und im April 1874 veröffentlicht wurde.

Es freut den Verfasser sehr, daß seine Arbeit von einer so hervorragenden Autorität bestätigt wird; jedoch wurde seine eigene Entdeckung dieses eigenthümlichen und wichtigen Phänomens viel früher gemacht und schon im November 1873 bei der jährlichen Versammlung der American Society of Civil Engineers vorgelegt, um sogleich formell in die Acten aufgenommen zu werden unter dem Titel: „Notiz über den Widerstand der Materialien“, welche am 19. November 1873 in der regulären Versammlung vorgelesen wurde.

Das Phänomen wurde auch kurze Zeit darauf durch den Commandeur Beardslee U. S. N. mittels einer ganz unabhängigen Untersuchungsmethode entdeckt und durch ihn vor dem Schlusse des Jahres veröffentlicht. Seitdem wurde dasselbe von einer Anzahl Experimentatoren beobachtet, doch ist dem Verfasser bisher noch kein anderer Anspruch auf Priorität der Entdeckung zur Kenntniß gekommen.

Kick behauptet, daß die Dehnungen, welche der Verfasser angab, nicht richtig sein können, erstens weil das Probestück sich verkürzt, und zweitens in Folge des Einflusses der Cohäsion zwischen den innern und äußern Schichten des Probestückes.

Der Verfasser kann blos antworten, daß die Experimente die Annahmen und Behauptungen Kick's nicht bestätigen.

Mit Bezug auf die Dehnungen, welche der Verfasser angab (bei manchen dehnbaren Materialien bis zu 120 Proc.), genügt es blos zu wiederholen, daß ausdrücklich angegeben wurde, daß diese Zahlen die beste Anzeige der Dehnbarkeit des Materials liefern; daß sie aus demselben Grunde, welchen Kick als Gegenbeweis vorbringt — nämlich daß die Querschnittsverminderung an der Bruchstelle am größten ist und die Dehnung sich nicht über die ganze Länge ausstreckt — der größten Dehnung der dehnbarsten Theile des Materials, welches auf Tension geprüft wird, proportional sind.

Auch wurde angegeben, daß diese Dehnungsfactoren sich auf die Querschnittsverminderung bezogen, welche bei Dehnungsversuchen beobachtet wurden, und daß dieselben wirklich bei homogenen Materialien innerhalb |199| der Elasticitätsgrenze vorkommen; sowie daß man dieselben bei Materialien unter Tension beobachten würde, wenn dieselben sich gleichmäßig dehnten, bis der Bruch erfolgte, in welchem Falle das ganze Stück denselben Querschnitt an allen Stellen haben würde, welchen die Bruchstelle wirtlich bei Dehnungsexperimenten hat.

Der Verfasser sprach die Ansicht aus, daß die Querschnitts-Verminderung das beste Maß der Dehnbarkeit des Materials angebe, und nicht die Streckung des ganzen Stückes. Nachdem die Elasticitätsgrenze überschritten ist und die Querschnittsverminderung an der Bruchstelle anfängt, ist die Dehnung des Probestückes eine Function des Durchmessers und nicht der Länge, und kann sodann die ganze Dehnung durch die Formel E = A l + B fd ausgedrückt werden, eine Darstellung, welche der Verfasser noch in keinem Werke über diesen Gegenstand gefunden hat.

Der Verfasser bemerkte mit Verwunderung und Bedauern diese Fehler des Kritikers, hauptsächlich da er dieselben mit der ausgezeichneten Ermahnung verbunden sieht: „sich nicht im Reiche der Vermuthungen zu bewegen“ bei wissenschaftlicher Arbeit.

Endlich bemerkt der Kritiker einen Fehler durch Vergleichung der Folgerungen 10 und 11 mit 19, in welchen von dem Einflusse der Wärme gesprochen wird. Genaueres Nachlesen würde diesen Fehler erklärt haben, und es wäre sodann wahrscheinlich nicht nöthig gewesen, darauf hinzuweisen. Es ist aber nicht unmöglich, daß der Verfasser in diesem Punkte sich nicht klar genug ausdrückte. Aus dem Aufsatze ersieht man, daß der Verfasser aus einer frühern Schrift über den Einfluß der Wärme citirt, in welcher alle frühern Untersuchungen durch Physiker und Ingenieure, soweit dieselben erlangt werden konnten, gesammelt waren, und die Folgerungen, welche durch Vergleichung gezogen wurden, lauteten, daß eine Erhöhung der Temperatur die Festigkeit des Materials verringert, während dieselbe die Dehnbarkeit und manchmal sogar die Widerstandsarbeit vermehrt. Eine Verminderung der Temperatur schien den entgegengesetzten Effect zu haben. Die widersprechenden Zeugnisse Derjenigen, welche einestheils bei allmälig steigender Spannung experimentirten, während die Andern den Stoß anwendeten, schienen auf diese Weise vereinbar. Die scheinbaren Gegensätze verschiedener Autoritäten wurden verschiedenen Methoden zugeschrieben — in derselben Weise, wie Kick die Untersuchungen des Verfassers von denen bekannterer Autoritäten unterscheidet, — nur mit etwas mehr Grund.

Späterhin gab uns die Erfindung der selbstthätig registrirenden Festigkeitsmaschine zum ersten Male ein Mittel an die Hand, um gleichzeitig Untersuchungen über die verschiedenen mechanischen Eigenschaften |200| der Probestücke zu machen; und es schienen sodann die Thatsachen etwas anders zu sein, wie angegeben wird in:5

20) Bei einem reinen wohlverarbeiteten Metalle wird das Princip, welches in Artikel 28 angegeben wurde, sehr schön erläutert und ist mit der Abnahme der Temperatur sowohl eine Erhöhung der Festigkeit, als Zunahme der Dehnbarkeit und Widerstandsarbeit verbunden.

21) Metalle, welche unrein und von unregelmäßiger Beschaffenheit sind, können Ausnahmen und manchmal sogar das Gegentheil dieses Princips über die Veränderung der Dehnbarkeit zeigen; während ihre Widerstandskraft gegen einfache Spannung wächst, mögen sie durch eine Verminderung der Temperatur ihre Widerstandskraft gegen Stoß verlieren; .... und daß der Effect der Veränderung der Temperatur wahrscheinlich sich mit der Qualität des Materials ändert.

Der Verfasser erkennt dankend das Compliment an, welches in dem letzten Absatz von Prof. Kick's Kritik enthalten ist, und hofft er, daß die vorhergehenden Bemerkungen zeigen mögen, daß die gewöhnlichen nützlichen Arbeiten der anerkannt praktischen Festigkeitsmaschine, als welche die selbstthätig registrirende Festigkeitsmaschine befunden wurde, noch vervollständigt werde durch weitere werthvolle wissenschaftliche Resultate.

Stevens Institute of Technology. Hoboken, N. J., 15. December 1875.

Transactions of the American Society of Civil Engineers, Februar 1876.

|193|

Transactions of the American Society of Civil Engineers, 1874.

|193|

Journal of the Franklin Institute, 1874. Van Nostrand's Magazine, 1874 u. a. m.

|197|

Transactions of the American Society of Civil Engineers, vol. 3.

|200|

Vgl. Bd. 217 S. 355 unter 19 und 20.

D. Red.

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