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Einfache Maschinen: schiefe Ebene, Hebel und Keil
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Um welche einfache Maschine handelt es sich hier?
So, Kim! Rauf zur Bergkuppe! Aber... Moment mal! Echt?
Das ist eine Wand! Wie soll ich da zu Fuß hoch? Schau dir den Hang mal genauer an, Kim. Siehst du den Zick-Zack-Pfad? Oh ja!
Klaro!... Das ist absolut machbar! Diese schiefe Ebene ist 'ne geniale einfache Maschine, oder? - Hä? Von welcher Maschine redest du? - Na, vom Pfad... Genau genommen, eine einfache Maschine...
Also ein Werkzeug, das einem beim Ausführen von schwerer Arbeit hilft. Arbeit? Nun ja, wie in diesem Fall: das Besteigen eines steilen Berges. Ohne diese schiefe Ebene wäre es unmöglich, den Berg hochzuklettern... Das gleiche Werkzeug wurde auch im alten Ägypten verwendet, wenn...
Stimmt! Das weiß ich! Der Bau der Pyramiden! Sie bauten Rampen und zogen auf der geneigten Fläche riesige Steine hinauf. Genau!
Und die Rampen sind eben auch schiefe Ebenen. Aha, verstehe... Obwohl ich sie nie als Maschinen verstanden hatte. Einfache Maschinen! Puh – ganz schön heiß hier!
Ich trink mal eben Wasser. Es gibt auch noch andere einfache Maschinen. Echt? Welche denn? Weißt du noch, als du Jakob in seiner Hütte besucht hast? - Als ihr Holz gehackt habt? - Ahaaa!
Die Axt ist ein Beispiel für einen Keil. - Ein Keil? - Genau, ein Keil... Schau dir mal die Axt an, wie sie vom Hammer gerammt wird. - Ich bin bereit. - Siehst du? Die Kraft des Hammers wirkt vertikal, aber durch die Form des Keils wird sie nach links und rechts geleitet. Deshalb eignet sich der Keil - zum Spalten von Holz. - Cool! Bedeutet das, dass ein Messer auch eine einfache Maschine ist?
Klasse! Du begreifst schnell, Kim. Messer und Nagel sind zwei Beispiele für Keile. Einfache Maschinen gibt es überall, weißt du. Hmm – lass mich raten!
Die Stange ist auch eine einfache Maschine? Haargenau! Sie stellt eine Art Hebel dar. - Einen Hebel? - Ja! Schau, was Jakob macht. Siehst du?
Er greift das Stangenende und drückt die Stange bis zum Boden. Das andere Ende des Stange bewegt sich indes nach oben. Ja, aber nicht so weit. Stimmt! Das Stangenende in Jakobs Hand bewegt sich doppelt so weit wie das andere Ende, welches sich dafür mit doppelt so viel Kraft bewegt.
Das nennt sich die goldene Regel der Mechanik: Was man an Kraft spart, - muss man an Weg zusetzen. - Okay, verstanden! Und wenn Jakob eine längere Stange verwendet, gewinnt er dann noch mehr Kraft aus dem Hebel? Absolut! Nun ist die Bewegungsstrecke des Stangenendes auf Jakobs Seite dreimal so lang und die Krafteinwirkung am Baumstamm dreimal so groß. Die goldene Regel der Mechanik.
Was man an Kraft spart, - muss man an Weg zusetzen. - Smart... So, nun muss ich aber weiter. Der Pfad nimmt ja gar keine Ende. Auf der Karte schien er nicht so lang! Mag sein, aber das ist heute deine tatsächliche Route.
Sie ist weniger anstrengend, dafür musst du eine viel längere Strecke gehen. Du weißt, was wir sagen... Was du an Kraft sparst, musst du an Weg drauflegen. Sehr gut! Und diese Regel gilt für fast alle einfachen Maschinen: die schiefe Ebene, den Hebel und den Keil.
Was auch immer sich an Kraft sparen lässt, muss man an Weg zusetzen. Ich hab's geschafft! Was für ein Blick! Endlich – Du siehst nicht einmal müde aus. - Stimmt's? - Nein. - Du bist eine richtige Maschine, Kim! - Aber keine einfache, hehe!