Kraftwandler untersuchen und Regeln finden
Mit Flaschenzug und Rampe braucht man weniger Kraft, aber einen längeren Weg. Die Messwerte zeigen die Regel: Kraft mal Weg bleibt gleich.
Das lernst du heute
- Ich kann Messgrößen bei Kraftwandlern benennen.
- Ich kann einfache quantitative Zusammenhänge ableiten.
- Ich kann Vorhersagen mit der Regel treffen.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Rolle und Flaschenzug, Schiefe Ebene und Rampe, Die Goldene Regel der Mechanik
Kraftwandler sind Hebel, Rollen, Flaschenzüge und schiefe Ebenen. Bei einem Versuch ändert man gezielt eine Größe, zum Beispiel die Zahl der tragenden Seile, und misst die Zugkraft und den Zugweg. Beispiel Flaschenzug mit 4 tragenden Seilen und einer Last von 600 N: Die Zugkraft beträgt 150 N, denn 600 : 4 = 150. Hebt man die Last um 2 m, muss man 8 m Seil ziehen. 150 N · 8 m = 1200 Nm, 600 N · 2 m = 1200 Nm (1 Nm = 1 J). Die Arbeit ist gleich. Bei der schiefen Ebene mit Höhe 1 m und Länge 5 m braucht man für eine Last von 500 N nur 100 N. Man schiebt 5 m statt 1 m. Aus den Messwerten leitet man die Regel ab: Was man an Kraft spart, muss man an Weg zugeben. Reibung verschlechtert das Ergebnis etwas.
| Kraftwandler | Last | Kraft | Weg | Kraft · Weg |
|---|---|---|---|---|
| Flaschenzug (4 Seile) | 600 N, 2 m hoch | 150 N | 8 m | 1200 Nm |
| Rampe (5 m lang, 1 m hoch) | 500 N | 100 N | 5 m | 500 Nm |
| direkt heben | 500 N | 500 N | 1 m | 500 Nm |
Flaschenzug auswerten
- Last: 600 N, 4 tragende Seile.
- Zugkraft: 600 : 4 = 150 N.
- Seilweg: 4 · 2 m = 8 m.
- Arbeit: 150 N · 8 m = 1200 Nm, gleich wie beim Heben.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Weniger Kraft.
Mehr Weg.
Arbeit bleibt gleich.
Ein Beispiel
Bergauf auf einer steilen Straße brauchst du viel Kraft, auf einer Serpentine weniger, aber der Weg ist länger.
Schritt für Schritt
Du wertest einen Versuch aus.
- Welche Größe änderst du?
- Welche misst du?
- Rechne Kraft mal Weg.
- Formuliere die Regel.
Mit einem Bild erklärt
| Seile | Kraft | Weg |
|---|---|---|
| 1 | 600 N | 2 m |
| 2 | 300 N | 4 m |
| 4 | 150 N | 8 m |
Zur Grundlage zurück
- Rolle und Flaschenzug – Du kennst Rolle und Flaschenzug.
- Schiefe Ebene und Rampe – Du kennst die schiefe Ebene.
- Die Goldene Regel der Mechanik – Du kennst die Goldene Regel.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
Eine Last von 600 N hängt an 4 tragenden Seilen. Wie groß ist die Zugkraft in N?
Zeig mir den ersten Schritt
600 : 4.
Lösung ansehen
Lösung: 150
600 : 4 = 150 N.
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
Die Last wird 2 m angehoben, 4 Seile tragen. Wie viele m Seil muss man ziehen?
Zeig mir den ersten Schritt
4 · 2.
Lösung ansehen
Lösung: 8
4 · 2 = 8 m.
Tipp: Lege eine Tabelle an: Kraft, Weg und Produkt. Wenn das Produkt gleich ist, gilt die Goldene Regel.
Merksatz: Weniger Kraft bedeutet längerer Weg. Kraft mal Weg ist bei idealen Kraftwandlern gleich.
Typischer Fehler: Oft wird gedacht, ein Flaschenzug spare Energie. Er verteilt die Arbeit nur auf kleinere Kraft und längeren Weg.
Mini-Quiz
4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
Frage 1 Eine Rampe ist 5 m lang und 1 m hoch. Last: 500 N. Wie groß ist die Kraft in N ohne Reibung?
Zeig mir den ersten Schritt
500 · 1 : 5.
Lösung ansehen
Lösung: 100
500 : 5 = 100 N.
Lösung ansehen
Lösung: Kraft mal Weg bleibt gleich
Lösung ansehen
Lösung: Stimmt
Frage 4 Ein Flaschenzug hat 3 tragende Seile. Last 900 N. Wie groß ist die Zugkraft in N?
Zeig mir den ersten Schritt
900 : 3.
Lösung ansehen
Lösung: 300
900 : 3 = 300 N.
Geschafft
Kraftwandler machen die Kraft kleiner und den Weg länger. Die Messwerte bestätigen: Kraft mal Weg bleibt gleich.
Kannst du das schon?
Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.
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