Einfache Maschinen

Das Wichtigste kurz erklärt

Einfache Maschinen in 4 Schritten – mit Beispielen.

1. Maschinen, die Kraft sparen

   Einfache Maschinen helfen uns bei schwerer Arbeit. Dazu gehören Hebel, Rad und Achse, Rolle, schiefe Ebene und Zahnrad. Sie sparen Kraft oder ändern die Richtung einer Kraft. Aber Achtung: Wer Kraft spart, braucht dafür einen längeren Weg.

   Hebel: Wippe, Schere, Zange, Nussknacker Rolle: Fahnenmast, Baukran Schiefe Ebene: Rampe, Serpentinenstraße Zahnräder: Handbohrmaschine, Fahrrad

2. Der Hebel

   Ein Hebel ist eine feste Stange, die sich um einen Drehpunkt dreht. Vom Drehpunkt bis zu deiner Hand reicht der Kraftarm, vom Drehpunkt bis zur Last der Lastarm. Merksatz: Je länger der Kraftarm und je kürzer der Lastarm, desto weniger Kraft brauchst du.

   Nussknacker: Nuss nah ans Gelenk, Griffe außen drücken Schere: dicke Pappe nah am Gelenk schneiden Wippe: Wer schwerer ist, sitzt näher an der Mitte – doppelt so schwer, halb so weit.

3. Feste und lose Rolle

   Eine feste Rolle hängt oben fest. Sie ändert nur die Richtung: Du ziehst nach unten, die Last geht nach oben – Kraft sparst du nicht. Eine lose Rolle hängt mit der Last am Seil. Zwei Seilstücke tragen die Last. Darum brauchst du nur die halbe Kraft, musst aber doppelt so viel Seil ziehen. Feste und lose Rollen zusammen heißen Flaschenzug.

   Feste Rolle: Fahne am Mast hochziehen Lose Rolle: 10-kg-Eimer → Kraft wie für 5 kg Lose Rolle: Last 1 m hoch → 2 m Seil ziehen

4. Schiefe Ebene und Zahnräder

   Eine schiefe Ebene, zum Beispiel eine Rampe, macht den Weg nach oben länger – dafür brauchst du weniger Kraft. Je flacher die Rampe, desto leichter geht es. Zahnräder greifen mit ihren Zähnen ineinander. Zwei Zahnräder, die direkt ineinandergreifen, drehen sich gegenläufig, also in entgegengesetzte Richtungen. Das kleinere Zahnrad dreht sich schneller.

   Goldene Regel: Was du an Kraft sparst, musst du an Weg zulegen.

Übungsaufgaben mit Lösungen

10 Beispielaufgaben aus diesem Thema – erst selbst überlegen, dann die Lösung aufklappen.

1. Zu welcher einfachen Maschine gehört die Wippe auf dem Spielplatz?

   • Aschiefe Ebene
   • BHebel
   • CRolle
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   Richtig: B – Hebel

   Die Wippe ist eine lange Stange, die sich um einen Drehpunkt in der Mitte dreht – ein Hebel. Sie steht zwar schräg, ist aber keine Rampe.

2. Wie heißt beim Hebel die Strecke vom Drehpunkt bis zu der Stelle, an der du drückst?Antwort: ein Wort

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   Lösung: Kraftarm

   Das ist der Kraftarm. Ist er lang, brauchst du wenig Kraft – darum fasst du eine Zange an den Griffenden an.

3. Warum schneidest du dicke Pappe am besten nah am Gelenk der Schere?

   • AWeil die Klingen vorne an der Spitze nicht richtig scharf geschliffen sind.
   • BWeil dort der Lastarm kurz ist und du weniger Kraft brauchst.
   • CWeil die Klingen dort breiter und darum stärker sind.
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   Richtig: B – Weil dort der Lastarm kurz ist und du weniger Kraft brauchst.

   Das Gelenk ist der Drehpunkt. Liegt die Pappe nah daran, ist der Lastarm kurz und die Griffe wirken als langer Kraftarm – so schneidest du leichter.

4. Was ist bei einem Rad die Achse?

   • Ader äußere Reifen, der den Boden berührt
   • Bder Stab in der Mitte, um den sich das Rad dreht
   • Cdie Speichen zwischen Mitte und Rand
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   Richtig: B – der Stab in der Mitte, um den sich das Rad dreht

   Die Achse steckt in der Mitte des Rads. Das Rad dreht sich um sie herum. Rad und Achse zusammen machen das Rollen möglich.

5. Finn sagt: „Eine feste Rolle spart die Hälfte der Kraft.“ Was ist richtig?

   • AFinn hat recht: Jede Rolle, ob fest oder lose, spart die Hälfte der Kraft.
   • BDie feste Rolle ändert nur die Richtung, die lose Rolle spart Kraft.
   • CDie feste Rolle spart sogar mehr Kraft als die lose Rolle.
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   Richtig: B – Die feste Rolle ändert nur die Richtung, die lose Rolle spart Kraft.

   Finn verwechselt die Rollen: Die feste Rolle ändert nur die Zugrichtung. Erst die lose Rolle, die mit der Last mitfährt, halbiert die Kraft.

6. Was ist ein Flaschenzug?

   • Aein Seil, mit dem man schwere Flaschen hochzieht
   • Bzwei Zahnräder, die über eine lange Kette miteinander verbunden sind
   • Cfeste und lose Rollen, die mit einem Seil verbunden sind
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   Richtig: C – feste und lose Rollen, die mit einem Seil verbunden sind

   Ein Flaschenzug besteht aus festen und losen Rollen. Je mehr Seilstücke die Last tragen, desto weniger Kraft brauchst du – aber desto mehr Seil musst du ziehen.

7. Drei Rampen führen gleich hoch auf eine Bühne. Über welche kannst du eine schwere Kiste mit der wenigsten Kraft schieben?

   • ABei allen braucht man gleich viel Kraft.
   • Büber die kürzeste und steilste Rampe
   • Cüber die längste und flachste Rampe
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   Richtig: C – über die längste und flachste Rampe

   Je flacher die Rampe, desto weniger Kraft brauchst du. Dafür ist der Weg länger – die Höhe bleibt aber gleich.

8. Was bedeutet „gegenläufig“ bei Zahnrädern?

   • ASie drehen sich in dieselbe Richtung.
   • BSie drehen sich abwechselnd vor und zurück.
   • CSie drehen sich in entgegengesetzte Richtungen.
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   Richtig: C – Sie drehen sich in entgegengesetzte Richtungen.

   Greifen zwei Zahnräder ineinander, dreht sich das eine rechtsherum und das andere linksherum. Das nennt man gegenläufig.

9. Warum drehen sich beim Fahrrad das Zahnrad an den Pedalen und das Zahnrad am Hinterrad in dieselbe Richtung?

   • AWeil das Zahnrad am Hinterrad meistens viel kleiner ist als das vordere.
   • BWeil sich Zahnräder immer in dieselbe Richtung drehen.
   • CWeil sie durch eine Kette verbunden sind und nicht ineinandergreifen.
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   Richtig: C – Weil sie durch eine Kette verbunden sind und nicht ineinandergreifen.

   Nur Zahnräder, die direkt ineinandergreifen, drehen sich gegenläufig. Die Kette läuft um beide Räder herum – darum drehen sie sich in dieselbe Richtung.

10. Welche Regel gilt für alle einfachen Maschinen?

    • AEinfache Maschinen machen jede Last ein bisschen leichter.
    • BWas du an Kraft sparst, sparst du auch an Weg.
    • CWas du an Kraft sparst, musst du an Weg zulegen.
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    Richtig: C – Was du an Kraft sparst, musst du an Weg zulegen.

    Das ist die Goldene Regel der Mechanik. Hebel, lose Rolle und Rampe sparen Kraft, aber dafür wird der Weg länger. Die Last selbst wird nie leichter.

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