Kraftwandler und Getriebe¶
Hebel¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Hebel.
(*) Funktioniert eine Balkenwaage auch auf dem Mond? Gilt das gleiche auch für eine Federkraftwaage?
(*) Weshalb ist weniger Kraft nötig, um Deckel einer Farbdose mit Hilfe eines Schraubenziehers zu öffnen, wenn dieser unter dem Deckelrand angesetzt wird?
Beispiel: Wie groß ist die Kraft
auf den Deckel, wenn der Abstand vom Dosenrand zum Griff des Schraubenziehers
, der Abstand vom Dosenrand zum Deckel
und die am Griff angreifende Kraft
beträgt?
(*) An einer Balkenwaage hängt im Abstand
eine Last
. In welchem Abstand zur Drehachse muss man ein Gegengewicht mit einer Masse von
anbringen, damit die Waage im Gleichgewicht ist?
(*) Eine Person hält ein
schweres Gewicht mit horizontal gehaltenem Unterarm in der Hand (der Oberarm hängt dabei lose nach unten). Der Anriffspunkt des Muskels am Unterarm ist
vom Drehpunkt im Ellenbogen entfernt, der Abstand der Hand zum Drehpunkt beträgt
. Welche Kraft
muss der Muskel aufbringen, um den Unterarm in horizontaler Position zu halten?
(**) An der linken Seite eines zweiseitigen Hebels sind zwei Gewichte
und
im Abstand
bzw.
von der Drehachse befestigt. Am rechten Arm sind zwei Gewichte
und
im Abstand
bzw.
angebracht. Befindet sich der Hebel im Gleichgewicht?
Schiefe Ebene¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Schiefe Ebene.
(*) Eine Schubkarre mit einer Gewichtskraft von
wird entlang einer schiefen Ebene verschoben. Die schiefe Ebene ist
lang, ihre Höhe beträgt
. Wie groß ist die zum (reibungsfreien) Schieben der Schubkarre notwendige Kraft
?
Flaschenzüge und Rollen¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Flaschenzügen und Rollen.
(*) Mit einem Flaschenzug aus vier losen und und vier festen Rollen wird eine Last der Masse
um eine Höhe von
angehoben. Die Masse einer einzelnen Rolle beträgt
. Wie groß ist die Zugkraft
, wie lang die Zugstrecke
?
(*) Welche Masse kann eine Person, die selbst
wiegt, durch ihre Gewichtskraft mit Hilfe eines Flaschenzugs aus zwei festen und zwei losen Rollen anheben, wenn das Gewicht des Flaschenzugs und die in den Rollen auftretende Reibung vernachlässigt werden können?
(**) Eine Anordnung, wie sie in der folgenden Abbildung dargestellt ist, heißt „Potenzflaschenzug“. Mit welcher Kraft
muss am losen Seilende mindestens gezogen werden, um eine Last mit einem Gewicht von
anzuheben? Mit welcher Kraft muss man am losen Seilende ziehen, wenn man die Gewichtskraft
jeder einzelnen Rolle berücksichtigt? (Der Einfluss von Reibungskräften wird bei dieser Aufgabe nicht berücksichtigt.)
Zahnräder und Getriebe¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Zahnräder und Getriebe.
(**) An einem Fahrrad wird die Kraft von den Pedalen mittels dem Pedal und der Kurbel, dem vorderen Zahnrad, der Kette und schließlich dem hinteren Zahnrad auf das Hinterrad übertragen. Wie groß ist die auf ein Hinterrad mit einem Radius von
wirkende Kraft
, wenn der Radfahrers auf eine
lange Kurbel eine senkrechte Kraft von
ausübt, der Umfang des vorderen Zahnkranz einen Radius von
und der hintere Zahnkranz einen Radius von
hat?
Wie groß ist im Vergleich die auf das Hinterrad wirkende Kraft
, wenn der Fahrer vorne auf einen kleineren Zahnkranz mit Radius
herunter schaltet und die gleiche Kraft auf das Pedal ausübt?