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Physik

Schiefe Ebene und Rampe

Auf einer schiefen Ebene brauchst du weniger Kraft, musst aber einen längeren Weg zurücklegen.

  • ca. 10 Minuten
  • Klasse 8
  • Niveau: Standard

Das lernst du heute

  • Ich kann erklären, warum eine Rampe Kraft spart.
  • Ich kann die Kraft an der schiefen Ebene berechnen.
  • Ich kann Rampen unter dem Gesichtspunkt Barrierefreiheit beurteilen.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Rolle und Flaschenzug, Hebel in Werkzeugen

Einen schweren Karton hebst du nicht gern senkrecht nach oben. Schiebst du ihn eine Rampe hinauf, brauchst du weniger Kraft. Die Rampe heißt in der Physik schiefe Ebene. Die Höhe, die du überwindest, ist h. Die Länge der Rampe ist l. Ohne Reibung gilt: Zugkraft F = F_G · h : l. Beispiel: Ein Fass hat eine Gewichtskraft von 600 N und soll 1 m hoch. Die Rampe ist 4 m lang. Dann ist F = 600 N · 1 m : 4 m = 150 N. Du brauchst also nur ein Viertel der Kraft, musst aber 4 m statt 1 m schieben. Je länger und flacher die Rampe, desto kleiner die Kraft. Rampen für Rollstühle sind deshalb lang und flach: So können Menschen sie mit wenig Kraft befahren.

Je länger die Rampe, desto kleiner die Kraft.
Höhe hLänge lKraft bei F_G = 600 N
1 m2 m300 N
1 m4 m150 N
1 m6 m100 N

Kraft an der Rampe

  1. Gegeben: F_G = 600 N, h = 1 m, l = 4 m.
  2. Formel: F = F_G · h : l.
  3. F = 600 N · 1 m : 4 m.
  4. F = 150 N.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Steil: wenig Weg, viel Kraft.

Flach und lang: viel Weg, wenig Kraft.

So funktioniert jede Rampe.

Ein Beispiel

Beispiel

Eine Bergstraße führt in Kurven hinauf. Sie ist eine lange schiefe Ebene. Das Auto braucht weniger Kraft als bei einer senkrechten Wand.

Schritt für Schritt

Du berechnest die Kraft an einer Rampe.

  1. Schreibe F_G, h und l auf.
  2. Teile h durch l.
  3. Multipliziere mit F_G.
  4. Schreibe die Einheit N.

Mit einem Bild erklärt

RampeKraftWeg
kurz, steilgroßkurz
lang, flachkleinlang

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Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Eine Last mit 800 N soll 1 m hoch. Die Rampe ist 4 m lang. Wie groß ist die Kraft in N (ohne Reibung)?

Zeig mir den ersten Schritt

F = F_G · h : l.

Lösung ansehen

Lösung: 200

F = 800 N · 1 m : 4 m = 200 N.

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Eine Last mit 900 N soll 1,5 m hoch. Die Rampe ist 9 m lang. Wie groß ist die Kraft in N (ohne Reibung)?

Zeig mir den ersten Schritt

900 · 1,5 : 9.

Lösung ansehen

Lösung: 150

900 N · 1,5 m : 9 m = 150 N.

Tipp: Die Formel gilt ohne Reibung. In Wirklichkeit brauchst du etwas mehr Kraft.

Merksatz: Schiefe Ebene: F = F_G · h : l. Längerer Weg, kleinere Kraft.

Typischer Fehler: Viele denken, eine Rampe spare Arbeit. Sie spart nur Kraft und verlängert den Weg.

Prüfen

Mini-Quiz

4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Was gilt für eine längere Rampe bei gleicher Höhe?
Zeig mir den ersten Schritt

Vergleiche steile und flache Rampe.

Lösung ansehen

Lösung: Die Kraft wird kleiner.

Frage 2 Ein Fass mit 600 N soll über eine Rampe mit h = 1 m und l = 6 m. Wie groß ist F in N?

Zeig mir den ersten Schritt

600 : 6.

Lösung ansehen

Lösung: 100

600 N · 1 m : 6 m = 100 N.

Frage 3 Rollstuhlrampen sind lang und flach, damit man wenig Kraft braucht.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt

Frage 4 Welche Rampe ist für einen Rollstuhlfahrer besser?
Lösung ansehen

Lösung: Die lange, flache Rampe

Geschafft

Eine schiefe Ebene verkleinert die Kraft. Je länger die Rampe bei gleicher Höhe, desto kleiner die nötige Kraft.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

Übungsheft Einfache Maschinen, Energie und Leistung

Kurz erklärt, 42 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

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