Einfache Maschinen

Einfache Maschinen

• Einfache Maschinen (Hebel, Rolle, Flaschenzug, schiefe Ebene) verringern die nötige Kraft – aber nie die nötige Arbeit.
• Goldene Regel der Mechanik: Was man an Kraft spart, muss man an Weg zugeben. \(F_1 \cdot s_1 = F_2 \cdot s_2\).
• Hebel: Es gilt das Hebelgesetz \(F_1 \cdot a_1 = F_2 \cdot a_2\) (Kraft mal Kraftarm = Last mal Lastarm). Beispiele: Schubkarre, Nussknacker, Wippe, Schraubenschlüssel.
• Feste Rolle: lenkt die Kraft nur um. Lose Rolle: halbiert die Kraft. Flaschenzug mit \(n\) tragenden Seilstücken: \(F = \frac{F_g}{n}\), dafür \(n\)-facher Zugweg.
• Schiefe Ebene: Je länger die Rampe, desto kleiner die nötige Kraft – so baute man Pyramiden und so funktionieren Serpentinen.

1. Eine Wippe: Kind A (\(30\,\mathrm{kg}\)) sitzt \(2\,\mathrm{m}\) vom Drehpunkt. Wo muss Kind B (\(40\,\mathrm{kg}\)) sitzen, damit Gleichgewicht herrscht?
   Lösung

   \(30 \cdot 2 = 40 \cdot a_2 \Rightarrow a_2 = 1{,}5\,\mathrm{m}\).
2. Mit einem Flaschenzug aus 4 tragenden Seilen wird eine Last von \(200\,\mathrm{N}\) um \(1\,\mathrm{m}\) gehoben. Welche Kraft ist nötig, wie viel Seil muss gezogen werden?
   Lösung

   \(F = \frac{200}{4} = 50\,\mathrm{N}\); Seilweg \(s = 4 \cdot 1 = 4\,\mathrm{m}\). Arbeit bleibt gleich: \(200\,\mathrm{J}\).
3. Warum haben Türklinken einen möglichst langen Griff und sitzen weit weg vom Scharnier?
   Lösung

   Langer Kraftarm: Mit kleiner Kraft entsteht ein großes Drehmoment – Klinke und Tür lassen sich leicht bewegen.

1. Finde in Küche, Werkstatt und Fahrrad je zwei „versteckte“ einfache Maschinen und erkläre, wie sie Kraft sparen (z. B. Flaschenöffner, Pedal, Gangschaltung).