Einfache Maschinen & Mechanik Grundlagen

Einfache Maschinen

Dies sind diejenigen, die im Wesentlichen durch ein einzelnes Element gebildet werden. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, die menschliche Kraft zu vervielfachen. In der Antike glaubten Philosophen, es gäbe 5 einfache Maschinen: der Hebel, das Rad, die schiefe Ebene, die Schraube und Tasco.

Maschinentypen

Es gibt verschiedene Maschinentypen:

• Antriebsmaschinen: Haben das ausschließliche Ziel, Bewegung zu erzeugen.
• Arbeitsmaschinen: Dienen dazu, eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen, wie z. B. ein Staubsauger.

Elemente einer Maschine

Eine Maschine besteht typischerweise aus folgenden Elementen:

• Mechanismen: Elemente oder Teile, die sich bewegen und Bewegung auf andere Teile der Maschine übertragen.
• Struktur: Unterstützt die Mechanismen.
• Motor: Erzeugt Bewegung oder Kraft.

Kraft

Kraft ist alles, was die Bewegung eines Körpers ändern und Verformungen im Körper verursachen kann.

Einheit der Kraft: Newton (N)

Die Intensität der Kräfte wird in der Einheit Newton (N) gemessen. Etwa 1 N ist die Kraft, die benötigt wird, um eine Masse von 100 Gramm zu halten.

Energie

Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten oder Zustände zu ändern.

Prinzip der Energieerhaltung

Das Prinzip der Energieerhaltung besagt: Energie wird weder erzeugt noch zerstört, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt.

Kinetische Energie (Ek)

Kinetische Energie (Ek) ist die Energie, die mit der Bewegung eines Körpers verbunden ist. Die Formel lautet: Ek = 1/2 * m * v^2

Potenzielle Energie (Ep)

Potenzielle Energie (Ep) ist die Energie, die mit der Höhe eines Körpers verbunden ist. Die Formel lautet: Ep = m * g * h

Arbeit

Arbeit (W) ist die Ursache oder Änderung der Bewegung eines Körpers durch eine oder mehrere Kräfte. Arbeit wird in Joule (J) gemessen. Die Formel lautet: W = F * d

Mechanischer Vorteil

Der mechanische Vorteil beschreibt die Beziehung, wie eine Maschine die aufgewendete Kraft (F) vervielfacht, um einer Widerstandskraft (R) entgegenzuwirken oder sie auszugleichen.

Hebel

Ein Hebel ist eine starre Stange, die sich um einen festen Punkt, den Drehpunkt, dreht.

Schiefe Ebene

Eine schiefe Ebene ist eine ebene Fläche, die an einem Ende höher ist als am anderen. Ihre Funktion ist es, das Anheben oder Absenken von Lasten zu erleichtern.

Schraube

Die Schraube ist eine Anwendung der schiefen Ebene. Sie besteht aus einer schiefen Fläche (dem Gewinde), die sich um einen Zylinder windet.

Rolle (Feste Riemenscheibe)

Eine Rolle (oder feste Riemenscheibe) ist ein Rad, das sich frei um eine Achse dreht und eine Nut oder einen Kanal hat, über den ein Seil oder Riemen läuft.

Zahnradgetriebe

Ein Zahnradgetriebe ist ein Mechanismus, der aus mindestens zwei Zahnrädern besteht, die ineinandergreifen. Wenn sich ein Zahnrad dreht, überträgt es die Bewegung auf das andere, das sich in die entgegengesetzte Richtung dreht. Das antreibende Rad wird als treibendes Rad bezeichnet, das angetriebene als getriebenes Rad. Typen: Stirnradgetriebe, Schrägverzahnung, Schneckengetriebe.

Pleuelstange

Eine Pleuelstange ist ein starres Metallteil, in der Regel mit hoher Festigkeit, das in vielen Mechanismen und Geräten die Bewegung eines Teils auf ein anderes überträgt.

Kurbelgetriebe

Ein Kurbelgetriebe wandelt eine alternative (hin- und hergehende) Bewegung in eine Drehbewegung um oder umgekehrt.

Kurbelwelle

Die Kurbelwelle unterscheidet sich vom einfachen Kurbelgetriebe. Sie ist effizienter, da die Kurbel auf zwei Punkten gelagert ist und für mehr Stabilität sorgt.

Nocken und Exzenter

Nocken und Exzenter wandeln eine Drehbewegung in eine alternative geradlinige Bewegung um.

Schubkurbelgetriebe

Das Schubkurbelgetriebe wandelt eine kreisförmige Bewegung in eine alternative geradlinige Bewegung um.