Wie entsteht mechanische Spannung?

Mechanische Spannung entsteht, indem eine äußere Kraft sich im Bauteil über eine bestimmte Fläche verteilt und dadurch eine innere Belastung pro Fläche verursacht. Je kleiner die belastete Fläche bei gleicher Kraft ist, desto größer wird die Spannung. Spannung beschreibt also nicht die Kraft selbst, sondern ihre Verteilung auf den Querschnitt.

Zugspannung ist eine Normalspannung, die entsteht, wenn eine Kraft senkrecht auf eine Querschnittsfläche wirkt und das Bauteil in die Länge zieht. In der üblichen Vorzeichenkonvention zählt Zugspannung positiv. Typisch ist ein Stab, an dessen Enden nach außen gezogen wird, sodass der Querschnitt „auseinandergezogen“ wird.

Was ist Schubspannung?

Schubspannung ist die Spannung, die entsteht, wenn die Kraft parallel zur betrachteten Fläche wirkt und Materialschichten gegeneinander verschieben will. Für Schubspannung verwendet man meist das Zeichen . Ein anschauliches Beispiel ist das seitliche Anschieben, bei dem die Fläche nicht auf Zug oder Druck, sondern „abscheren“ belastet wird.

Wie erklärt man einem Kind Spannung?

Spannung erklärt man einem Kind, indem man sagt: Eine Kraft drückt oder zieht auf eine Stelle und diese Kraft verteilt sich auf eine Fläche. Auf einer kleinen Fläche fühlt sich dieselbe Kraft stärker an als auf einer großen Fläche. Als Bild passt ein Schuhabsatz gegenüber einem breiten Schuh: gleicher Mensch, aber mehr Druck auf kleiner Fläche.

Video

Mechanische Spannungen

Name: Mechanische Spannungen
Uploaded: 2026-06-10T10:20:16Z
Duration: 2 min 42 s
Description: Du möchtest wissen, wie du die unterschiedlichen Belastungsarten in der Festigkeitslehre berechnen kannst? Im folgenden Beitrag erklären wir dir die Berechnung und wie sich diese Arten unterscheiden.

Du möchtest wissen, wie du die unterschiedlichen Belastungsarten in der Festigkeitslehre berechnen kannst? Im folgenden Beitrag erklären wir dir die Berechnung und wie sich diese Arten unterscheiden.

Inhaltsübersicht

Mechanische Spannung Formel und Einheit

Den Begriff der Spannung kennst du sicherlich noch aus dem Physikunterricht in der Oberstufe. Die Spannung beschreibt die Kraft, die auf eine gewisse Fläche eines Bauteiles wirkt.

$Spannung=\frac{Kraft}{Fl\"ache}$

mechanische Spannungen — Formel und Definition

Sie wird in der Mechanik oftmals mit dem griechischen Buchstaben sigma bezeichnet.

$\sigma=\frac{F}{A}$

Die Einheit für die Spannung ist Pascal. Ein Pascal entspricht dabei einem Newton pro Quadratmeter.

$1\ PA=\frac{N}{m^2}$

Dies entspricht $10^{-6}$ Megapascal oder $10^{-9}$ Gigapascal. In der Praxis liegen zumeist Spannungen im Messbereich von Megapascal vor.

Normal-, Druck und Zugspannung

Die Spannungen können anhand der Wirkrichtung ihrer Kräfte voneinander unterschieden werden. Diese können senkrecht oder parallel auf die Schnittfläche A einwirken.

Ist die Wirkrichtung senkrecht zur Fläche A, wird die Kraft als Normalkraft bezeichnet. Die zugehörige Spannung ist somit auch die Normalspannung. Des Weiteren kann hier in Druck- und in Zugspannung unterschieden werden.

Dabei hat die Zugspannung meist ein positives und die Druckspannung ein negatives Vorzeichen. Die allgemeine Formel kennen wir schon:

$\sigma=\frac{\Delta F}{\Delta A}$

Ist die Richtung der Krafteinwirkung parallel zur Schnittfläche A sprechen wir von einer Querkraftbelastung. Das kannst du dir genauso vorstellen wie das Anschieben einer Schaukel oder eines Kinderwagens. Deshalb wird die resultierende Spannung auch als Schubspannung bezeichnet. Um ersichtlich zu machen, dass es sich um eine Schubbelastung handelt wird hier nicht der griechische Buchstabe Sigma, sondern der Buchstabe tau verwendet.

$\tau=\frac{\Delta F}{\Delta A}$

Studyflix vernetzt: Hier ein Video aus einem anderen Bereich

Berechnung der Spannungsarten

Natürlich kann ein Balken nicht nur parallel und senkrecht, sondern auch von allen anderen Richtungen belastet werden. Deshalb treten Normal- und Schubspannungen fast immer gleichzeitig auf. Für die Berechnung der einzelnen Spannungsarten musst du daher den Spannungsvektor in seine Normal- und Tangentialkomponente aufteilen.

Wir sind in unserer Erklärung davon ausgegangen, dass die Spannungen gleichmäßig über die Querschnittsfläche verteilt sind. In Realität ist dies nicht der Fall und die Berechnung gestaltet sich um einiges komplizierter. Deshalb werden die Berechnungen heute vorwiegend von Computerprogrammen durchgeführt, beispielsweise mit der bekannten Finite-Elemente-Methode.

Nun kennst du den Unterschied zwischen Normal- und Schubspannung und weißt, dass du den Spannungsvektor zur Berechnung aufteilen musst.

Mechanische Spannungen — häufigste Fragen

(ausklappen)

Wie entsteht mechanische Spannung?

Mechanische Spannung entsteht, indem eine äußere Kraft sich im Bauteil über eine bestimmte Fläche verteilt und dadurch eine innere Belastung pro Fläche verursacht. Je kleiner die belastete Fläche bei gleicher Kraft ist, desto größer wird die Spannung. Spannung beschreibt also nicht die Kraft selbst, sondern ihre Verteilung auf den Querschnitt.
Was ist Zugspannung?

Zugspannung ist eine Normalspannung, die entsteht, wenn eine Kraft senkrecht auf eine Querschnittsfläche wirkt und das Bauteil in die Länge zieht. In der üblichen Vorzeichenkonvention zählt Zugspannung positiv. Typisch ist ein Stab, an dessen Enden nach außen gezogen wird, sodass der Querschnitt „auseinandergezogen“ wird.
Was ist Schubspannung?

Schubspannung ist die Spannung, die entsteht, wenn die Kraft parallel zur betrachteten Fläche wirkt und Materialschichten gegeneinander verschieben will. Für Schubspannung verwendet man meist das Zeichen $\tau$ . Ein anschauliches Beispiel ist das seitliche Anschieben, bei dem die Fläche nicht auf Zug oder Druck, sondern „abscheren“ belastet wird.
Wie erklärt man einem Kind Spannung?

Spannung erklärt man einem Kind, indem man sagt: Eine Kraft drückt oder zieht auf eine Stelle und diese Kraft verteilt sich auf eine Fläche. Auf einer kleinen Fläche fühlt sich dieselbe Kraft stärker an als auf einer großen Fläche. Als Bild passt ein Schuhabsatz gegenüber einem breiten Schuh: gleicher Mensch, aber mehr Druck auf kleiner Fläche.

Festigkeitslehre verstehen

Mechanische Spannungen gehören zur Festigkeitslehre und sind eine wichtige Grundlage für die Belastung von Bauteilen. Wer sich mit der Festigkeitslehre beschäftigt, betrachtet Kräfte, Querschnitte und Werkstoffe bei Zug, Druck, Biegung oder Schub. So wird klar, wie Bauteile auf äußere Lasten reagieren und warum Spannungen im Inneren eines Körpers entstehen. Weitere Videos dazu findest du in unserem Ingenieurwissenschaftenbereich.

zur Videoseite: Mechanische Spannungen