Wikijunior Wie Dinge funktionieren/ Rad

Ein sehr altes Rad in einem iranischen Museum.

Du kennst Räder: Von deinem Fahrrad, vom Auto deiner Eltern, von allen möglichen rollenden Dingen. Ein Rad ist eine runde Scheibe und zusammen mit einer Achse, also der Befestigung des Rades in der Mitte, kann das Rad leicht rollen. Seitdem wir das Rad kennen, können wir viel leichter schwere Gegenstände bewegen. Es gibt noch weitere Räder, zum Beispiel ein Steuerrad oder ein Schwungrad.

Wie funktioniert es?

Ein Rad rollt. Das ist alles. Rollen ist eine wirklich gute Möglichkeit die Reibung zu reduzieren. Wenn du einen Ziegelstein über eine flache Fläche schiebst, dann wird er sehr schnell zum stehen kommen und du merkst die Kraft, die du dafür brauchst. Rollst du aber einen Ball (ein naher Verwandter vom Rad) mit der gleichen Kraft, wird er sehr lange rollen. Oder stelle dir einen Schuhkarton vor, wenn du den auf einen Tisch stellst, berührt seine gesamte Fläche am Boden den Tisch, das wäre gleichbedeutend mit einer sehr großen Reibung. Hätte der Schuhkarton nun Räder, dann würde nur ein kleiner Teil der Räder den Tisch berühren und die Reibung, um den Karton zu bewegen, wäre viel geringer. Wir werden das weiter unten auch noch selbst ausprobieren.

Zum Rad gehört aber noch ein weiterer wichtiger Teil: die Achse. Das Rad ist eigentlich nur eine runde Scheibe. Erst mit einer Achse können wir es sinnvoll einsetzen. Manchmal dreht sich das Rad auf der Achse, manchmal dreht sich die Achse mit dem Rad mit. Bei deinem Fahrrad hast du beides. Das Vorderrad dreht sich frei auf der Achse, das Hinterrad ist etwas komplizierter. In allen Fällen ist es immer das kleiner machen der Reibung, was das Rad so toll macht. Heute können wir das sogar noch besser, indem wir kleine Räder in große Räder einbauen. Das nennen wir Lager und Getriebe.

Wer erfand es?

Das Rad wurde vor Urzeiten erfunden. Wahrscheinlich sogar mehrfach unabhängig voneinander an verschiedenen Orten. Das älteste Rad, das wir kennen, stammt aus Mesopotamien (der heutige Irak), daher könnte es sein, dass es dort erfunden wurde. Das Rad könnte davon inspiriert worden sein, dass Menschen rollende Baumstämme beobachtet haben. Wenn wir eine Anzahl von Baumstämmen nebeneinander auf den Boden legen, und dort einen schweren Gegenstand drauf legen, können wir diesen schweren Gegenstand viel einfacher bewegen. Allerdings nur quer zur Richtung der Baumstämme, sodass diese rollen können.

Eine Last wird über Baumstämme gerollt.

Versuch: Den Effekt kannst Du selber ausprobieren: Du brauchst eine Packung Schaschlik-Spieße und ein Buch (ruhig ein dickes). Setze dich an einen Tisch und lege das Buch darauf. Nun versuche es mit einem Finger über den Tisch zu schieben. Wahrscheinlich wird es dir schon gelingen, aber so ganz einfach ist das nicht. Nun legen wir unsere Baumstämme (die Schaschlik-Spieße) in einer Reihe auf den Tisch. Dann legst Du das Buch darauf und versuchst es wieder mit einem Finger über den Tisch zu schieben. Was kannst du dabei merken?

Verschiedene Räder im Verlauf der Geschichte. Du kannst hier die Entwicklung von der Holzscheibe bis zum modernen Speichenrad sehen. – Bitte einen Erwachsenen dir den englischen Text zu übersetzen, oder gern auch die Datei für dieses Wikibuch zu ändern.

Wir verändern hier wieder die Reibung von Objekten. Lies das Kapitel über die sechs einfachen Maschinen, zu denen auch das Rad gehört, wenn Du etwas mehr über Reibung wissen möchtest.

Die ersten Räder waren also wahrscheinlich Baumstämme. Als man das weiter entwickelt hat, kam man auf die Idee Scheiben von diesen Baumstämmen abzuschneiden und ein dünneres rundes Teil durch ihre Mitten zu stecken, damit war die Achse geboren. Die ältesten Holz-Räder, die Archäologen (Das sind die Wissenschaftler, die sich mit der Geschichte beschäftigen) finden konnten, sind ungefähr 5000 Jahre alt. Leider verrottet Holz, daher können wir annehmen, dass es noch ältere Räder gab, die aber inzwischen verrottet sind.

Bei Speichenrädern, zu denen auch das Vorder- und Hinterrad deines Fahrrads gehören, wissen wir dass sie jünger sind. Speichen sorgen dafür, dass die Räder leichter werden. Die ältesten Speichenräder, die wir kennen, sind von Streitwagen von vor 4000 Jahren.

Wie wird es angetrieben?

Ein Rad benötigt immer Energie von außen, um sich zu bewegen. Das kann zum Beispiel die Schwerkraft sein, wenn es einen Abhang hinunter rollt. Oder du wendest die Energie auf, wenn du eine Schubkarre schiebst. Der Motor des Autos ist die Energiequelle für die Bewegung der Räder des Autos.

Das Rad selbst ist allerdings lediglich ein Hilfsmittel und benötigt nicht direkt einen Antrieb. Der Vorteil des Rades ist wie wir bereits oben gelernt haben, die Verkleinerung der Reibung. das Rad macht das auf zwei Arten:

1. Die Auflagefläche des Rades auf dem Boden ist häufig sehr viel kleiner als die des Objektes, welches wir bewegen wollen. Stell dir einfach vor, wie schwer es wäre das Auto zu schieben, wenn es ohne Räder auf dem Boden stehen würde.
2. Durch die Kombination mit der Achse können wir die Teile, die aneinander reiben müssen gezielt, konstruieren, hier werden dann Lager und Getriebe wichtig.

Gibt es unterschiedliche Räder?

Es gibt heutzutage viele verschiedene unterschiedliche Räder. Zwei hast du oben bereits kennengelernt, das Steuerrad und das Schwungrad. Das erste dient zum Lenken von Dingen, das kennst du aus dem Auto deiner Eltern. Mit dem zweiten speichert man durch seine große Masse Energie. Der wichtigste Bruder des Rades ist sicher das Zahnrad, dort benutzen wir wieder die Reibung, aber diesmal andersrum. Mit den Zähnen wird verhindert, dass eine schnelle unkontrollierte Bewegung statt findet. Das Zahnrad ist quasi eine Kreuzung aus Rad und Hebel.

Es gibt noch viele weitere Räder und Rollen, die im weiteren Sinne ja auch nichts anderes sind, als Räder (du erinnerst dich an die Baumstämme oben?). Es gibt zum Beispiel das Wasserrad und das Spinnrad. Oder auch jüngere Verwandte des Rades: Den Propeller, das Gyroskop und die Turbine, ein wichtiger Bestandteil eines Kraftwerks. Wenn du ein wenig nachdenkst fallen dir bestimmt noch viele weitere Dinge ein, wo Räder verwendet werden.

Ist es gefährlich?

Das Rad als solches ist nicht gefährlich. Wenn es sich oder große Lasten in Bewegung setzt, kann es gefährlich werden. Da sich die Energie nicht mehr über die Reibung abbauen kann, kann es zu Unfällen kommen, wenn Bremsen versagen. Stell dir einen großen Laster vor, der auf Rädern fährt und dich übersieht, weil du auf deinem Fahrrad im Vergleich so klein und er so riesig ist.

Wie hat es die Welt verändert?

Das wichtigste, was uns das Rad ermöglicht ist der Transport. Wir können jetzt viel leichter und schneller Dinge oder Menschen transportieren. Ohne das Rad sind Dinge wie Autos, Züge, Laster, ja sogar Flugzeuge (denn auch die müssen auf dem Boden erstmal auf Rädern rollen) undenkbar.

Außerdem ist die runde Form des Rades auch quasi Teil der Schraube, auch wenn viele Leute das als eigene einfache Maschine zählen.