Einfache Maschinen sind mechanische Geräte, die zur Arbeitserleichterung eingesetzt werden. Kombinationen aus zwei oder mehr einfachen Maschinen, die zusammenarbeiten, werden als zusammengesetzte Maschinen bezeichnet. Diese Maschinen schaffen Systeme für verschiedene Arten von Bewegungen, die auftreten, wenn eine Kraft auf eine Last ausgeübt wird. Sowohl einfache als auch zusammengesetzte Maschinen erleichtern die Arbeit, indem sie die Größe oder Richtung der Kraft ändern. Es gibt sechs Standardtypen von einfachen Maschinen. Sie sind die:
- Hebel
- Rad und Achse
- Pulley
- Schiefe Ebene
- Keil
- Schraube
Betrachten wir die erste dieser einfachen Maschinen: den Hebel.
Missverständnis-Alarm
Wenn Sie das Wort „Maschine“ hören, denken Sie automatisch an etwas mit einem Motor, wie einen Gabelstapler oder eine Waschmaschine? Maschinen müssen nicht zwangsläufig einen Motor haben. Tatsächlich ist eine Maschine jedes Gerät, das Kraft überträgt oder modifiziert.
Was ist ein Hebel?
Ein Hebel ist eine einfache Maschine, die aus einem starren Balken und einem Drehpunkt besteht. Die Kraft (Eingangskraft) und die Last (Ausgangskraft) werden an beiden Enden des Balkens aufgebracht. Der Drehpunkt ist der Punkt, an dem der Balken schwenkt. Wenn eine Kraft auf ein Ende des Hebels ausgeübt wird, wird eine Last am anderen Ende des Hebels ausgeübt. Dadurch wird eine Masse nach oben bewegt. Hebel sind für ihren Betrieb auf ein Drehmoment angewiesen. Das Drehmoment ist die Menge an Kraft, die erforderlich ist, um ein Objekt um seine Achse (oder seinen Drehpunkt) zu drehen.
Was ist ein mechanischer Vorteil?
Ein Hebel bietet einen mechanischen Vorteil. Der mechanische Vorteil bezieht sich darauf, wie sehr eine einfache Maschine eine aufgebrachte Kraft vervielfacht. Die Lage der Kraft, der Last und des Drehpunkts bestimmen die Art des Hebels und die Höhe des mechanischen Vorteils, den die Maschine hat. Je weiter der Kraftaufwand vom Drehpunkt entfernt ist, desto einfacher ist es, die Last zu bewegen.
Der mechanische Vorteil kann mit dieser Formel berechnet werden:
Wenn der Abstand von der Kraft zum Drehpunkt größer ist als der Abstand von der Last zum Drehpunkt, dann hat der Hebel einen mechanischen Vorteil. Mit anderen Worten: Das Verhältnis dieser beiden Abstände ist größer als eins. Das bedeutet, dass ein großer Abstand von der Kraft zum Drehpunkt und ein kleiner Abstand von der Last zum Drehpunkt es ermöglicht, mit einer kleinen Kraft eine große Last zu bewegen!
Hebel erster Klasse
Es gibt drei Arten oder Klassen von Hebeln.
Bei einem Hebel erster Klasse befindet sich der Drehpunkt zwischen der Last und der Kraft.
Wenn der Drehpunkt näher an der Last liegt, dann ist weniger Kraftaufwand erforderlich, um die Last über eine kürzere Strecke zu bewegen. Befindet sich der Drehpunkt näher an der Last, ist mehr Kraftaufwand erforderlich, um die Last über eine größere Distanz zu bewegen. Eine Wippe, ein Wagenheber und ein Brecheisen sind alles Beispiele für Hebel erster Klasse. Hebel erster Klasse sind sehr nützlich, um große Lasten mit geringem Kraftaufwand zu heben.
Hebel zweiter Klasse
Bei einem Hebel zweiter Klasse befindet sich die Last zwischen der Kraft und dem Drehpunkt.
Wenn sich die Last näher am Drehpunkt befindet als der Kraftaufwand, dann ist weniger Kraftaufwand erforderlich, um die Last zu bewegen. Liegt die Last näher am Drehpunkt als der Kraftaufwand, dann ist mehr Kraftaufwand erforderlich, um die Last zu bewegen. Eine Schubkarre, ein Flaschenöffner und ein Ruder sind Beispiele für Hebel zweiter Klasse.
Hebel dritter Klasse
Bei einem Hebel dritter Klasse befindet sich die Kraft zwischen der Last und dem Drehpunkt.
Wenn der Drehpunkt näher an der Last liegt, ist weniger Kraftaufwand erforderlich, um die Last zu bewegen. Liegt der Drehpunkt näher an der Kraft, dann bewegt sich die Last über eine größere Strecke. Eine Pinzette, das Schwingen eines Baseballschlägers oder das Heben eines Gegenstandes mit dem Arm sind Beispiele für Hebel dritter Klasse. Diese Hebel sind nützlich, um präzise Bewegungen auszuführen.
Hebel sind sehr nützliche einfache Maschinen, die zur Übertragung von Kraft verwendet werden. Sie wissen es vielleicht nicht, aber Sie benutzen Hebel jeden Tag!