⚙️ Einfache Maschinen: weniger Kraft, mehr schaffen

Kann ein kleiner Pinguin einen riesigen Felsen heben? Mit dem richtigen Werkzeug schon! Heute lernen wir die einfachen Maschinen kennen, die uns die Arbeit leichter machen.

Wir haben fünf Helfer: den Hebel, die Rolle, die schiefe Ebene, das Wellrad und die Schraube. Einfache Maschinen verändern die Größe oder die Richtung der Kraft.

Zuerst der Hebel. Du brauchst nur ein Brett und einen Drehpunkt. Am einen Ende liegt die Last, am anderen Ende wirkt die Kraft. Vom Drehpunkt bis zur Last reicht der Lastarm, vom Drehpunkt bis zur Kraft der Kraftarm.

Gleiche Last, gleiches Brett. Links liegt der Drehpunkt weit von der Last entfernt, der Kraftarm ist kurz: Man braucht viel Kraft. Rechts liegt der Drehpunkt nah an der Last, der Kraftarm ist lang: Es reicht sehr wenig Kraft. Je länger der Kraftarm, desto weniger Kraft brauchst du.

Hebel sind überall! Beim Flaschenöffner und bei der Schubkarre liegt die Last in der Mitte. Bei der Schere liegt der Drehpunkt in der Mitte. Auch die Türklinke sitzt weit weg vom Scharnier, und das hat denselben Grund: Das Scharnier ist der Drehpunkt.

Jetzt die Rolle. Die feste Rolle ist an einem Ort befestigt und bewegt sich nicht. Wir ziehen das Seil nach unten, und die Last geht nach oben. Die feste Rolle ändert nur die Richtung der Kraft, die Kraft wird nicht kleiner.

Die bewegliche Rolle steigt mit der Last nach oben. Ein Ende des Seils ist an der Decke befestigt. Weil zwei Seilstücke die Last tragen, wird die Kraft halbiert. Aber wenn die Last 40 Zentimeter steigt, muss man das Seil 80 Zentimeter weit ziehen.

Die schiefe Ebene ist eine Rampe. Schieben wir die Last die Rampe hinauf, statt sie senkrecht zu heben, wird der Weg länger, aber die Kraft kleiner. Je länger die Rampe, desto weniger Kraft brauchst du.

Beim Wellrad zeichnet die Kurbel einen größeren Kreis als die kleine Walze, auf die sich das Seil wickelt. Das Drehen braucht darum weniger Kraft. Die Schraube ist eine schiefe Ebene, die um einen Zylinder gewickelt ist.

Bei jeder einfachen Maschine gilt derselbe Tausch: Wird die Kraft kleiner, wird der Weg länger. Was wir an Kraft sparen, zahlen wir mit dem Weg. Darum machen einfache Maschinen die Arbeit leichter, aber sie sparen keine Arbeit. Das ist die goldene Regel der Mechanik.

Zusammengefasst: Beim Hebel wird die Kraft kleiner, wenn der Kraftarm länger wird. Die feste Rolle ändert die Richtung, die bewegliche Rolle halbiert die Kraft. Bei der schiefen Ebene wird der Weg länger und die Kraft kleiner. Keine Maschine spart Arbeit. Probier es jetzt im Spiel aus!