Physik, 9. Klasse/ Mechanische Energie/ Kraftwandler

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[Bearbeiten] Hebelgesetz

Versuch:

Möglichkeit 1
Möglichkeit 2
Möglichkeit 3

Auf der linken Seite hängen 2 Gewichtsstücke mit jeweils FG = 1N im Abstand von 2cm vom Drehpunkt.

Der Hebel ist im Gleichgewicht,

  • wenn 1 Gewichtstück im Abstand von 4cm vom Drehpunkt hängt, oder
  • wenn 2 Gewichtstücke im Abstand von 2cm vom Drehpunkt hängen, oder
  • wenn 4 Gewichtstücke im Abstand von 1cm vom Drehpunkt hängen.

Hebelgesetz:

Am Hebel herrscht Gleichgewicht, wenn das linksdrehende Drehmoment ML gleich dem rechtsdrehenden Drehmoment MR ist. Jedes Drehmoment M ist das Produkt aus der Kraft F mal der Länge des Hebelarms l.
Wenn Gleichgewicht herrscht, gilt also: M_L=F_L \cdot l_L=M_R=F_R \cdot l_R

Beispiel:

Wohin müsste man bei dem obigen Versuch ein 40 N schweres Gewicht an die rechte Seite hängen, damit der Hebel im Gleichgewicht bleibt?


F_L \cdot l_L=F_R \cdot l_R


l_R=\frac{F_L \cdot l_L}{F_R}


l_R=\frac{2\mbox{N} \cdot 2\mbox{cm}}{40\mbox{N}}=0,1\mbox{cm}

[Bearbeiten] Flaschenzug

Flaschenzug skizze.png
Wenn man bei einem Flaschenzug nur halb so stark ziehen muss wie ohne, muss man auch doppelt so lang ziehen. Durch diesen Effekt wird immer dieselbe Arbeit
W=\vec F \cdot s
(s ist die Strecke) verrichtet. Um zu wissen, wie stark und wie lang man ziehen muss, teilt man die Gewichtskraft des zu hebenden Körpers FG durch die Anzahl der Rollen m und multipliziert die Höhe mit selbiger. Hier als Formel (Zuglänge ist l, die zu erreichende Höhe ist h):


F=\frac{F_G}{m}


l=h \cdot m



Wie stark und lang musst du also ziehen, um deinen Physiklehrer (FG = 600N) mit einem Flaschenzug mit 3 Rollen auf den 2 Meter hohen Schrank zu setzen, wenn er nervig wird? Mal sehen:


F=\frac{F_G}{m}


F=\frac{600\mbox{N}}{3}=200\mbox{N}



l=h \cdot m


l=2m \cdot 3=6m


Ok, du musst also bei 3 Rollen mit 200 N 6 m Seil ziehen. Das sollte leicht zu schaffen sein ;-)

[Bearbeiten] Goldene Regel der Mechanik

Bei allen Kraftwandlern gilt: Was man an Kraft spart, muss man an Weg zulegen.

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