Grundwissen

Kraftwandler


Theorie:

Kraftwandler sind einfache Geräte, mit denen ein oder mehrere Bestimmungsstück(e) einer Kraft verändert werden. Bestimmungsstücke einer Kraft sind Angriffspunkt, Betrag und Richtung.

Beispiele für einige Kraftwandler:

a) Seil
(ändert nur den Angriffspunkt) 		b) Gleicharmige Wippe (ändert Angriffspunkt und Richtung) c) Seil und feste Rolle (ändert Angriffspunkt und Richtung)
 
 
 

 

d) Hebel (allgemein – ändert Angriffpunkt, Betrag und Richtung)

Definition:
Ein Hebel ist ein um eine feste Achse drehbarer starrer Körper.

Drehwirkung:
Die Drehwirkung einer Kraft am Hebel wird durch das Drehmoment M beschrieben.

M = F · a

 

a:

Hebelarm (Abstand der Wirkungslinie der Kraft vom Drehpunkt D).

F:

Kraft, die am Hebel angreift

Hinweis:
Nur in Sonderfällen ist der Abstand zwischen dem Angriffspunkt P der Kraft und dem Drehpunkt gleich dem Hebelarm.
Gleichgewichtsbedingung:
Der Hebel ist im Gleichgewicht, wenn die Summe der linksdrehenden Momente gleich der Summe der rechtsdrehenden Momente ist.

In dem skizzierten Beispiel gilt im Gleichgewichtsfall:

F1 · a1 + F2 · a2 = F3 · a3

e) Seil-Rolle-Kombinationen: Flaschenzüge

Gleichgewichtsbedingung an einer Rolle:
Die Summe der beiden Seilkräfte ist gleich der im Rollenmittelpunkt angreifenden Kraft

G = 2 · F

Unter Ausnutzung dieser Gleichgewichtsbedingung lässt sich für beliebige Seil-Rolle-Kombinationen der Zusammenhang zwischen Zugkraft F am Seilende und der Gewichtskraft G der Last herstellen.

 

Musterbeispiele:

 

1. Aufgabe: Flaschenzug
Ermittle durch mehrfache Anwendung der Gleichgewichtsbedingung der Rolle die Beziehung zwischen F und G des Flaschenzuges.



2. Aufgaabe: Hebel
Karin baut sich ein Mobile, bei dem die Stangen "gewichtslos" und jeweils 30 cm lang sind.

a) Berechne die Länge der Strecke

b) Wie groß muss die Gewichtskraft G gewählt werden, damit Gleichgewicht herrscht?

 

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