Einfache Maschinen und Mechanismen: Grundlagen erklärt

1. Maschinen und Mechanismen

Eine Maschine ist ein Gerät, das den Kraftaufwand zur Verrichtung einer Arbeit verringert. Mechanismen sind Gruppen mechanischer Elemente, von denen jedes eine bestimmte Funktion innerhalb der gesamten Maschine erfüllt. Maschinen können einfach oder komplex sein: Einfache Maschinen bestehen aus nur einem Element, während komplexe Maschinen aus zwei oder mehr einfachen Maschinen zusammengesetzt sind.

Das Gesetz der einfachen Maschinen

In einer einfachen Maschine ist die durch die Antriebskraft verrichtete Arbeit gleich der durch den Widerstand verrichteten Arbeit.

2. Der Hebel

Der Hebel ist eine einfache Maschine, die aus einem starren Stab besteht, der sich um einen Drehpunkt bewegen kann. Ein Hebel besteht aus folgenden Komponenten:

• Kraft
• Widerstand
• Kraftarm
• Widerstandsarm

Gesetz des Hebels: Das Produkt aus Kraft und Kraftarm entspricht dem Produkt aus Widerstand und Widerstandsarm.

Typen von Hebeln

• Hebel erster Klasse: Der Drehpunkt befindet sich zwischen Kraft und Widerstand.
• Hebel zweiter Klasse: Der Widerstand befindet sich zwischen dem Drehpunkt und der Kraft.
• Hebel dritter Klasse: Die Kraft befindet sich zwischen dem Widerstand und dem Drehpunkt.
• Mehrfache Hebel: Diese entstehen durch die Kombination mehrerer Hebel gleicher oder unterschiedlicher Art.

3. Schiefe Ebene und Keil

Die schiefe Ebene ist eine einfache Maschine, die aus einer ebenen Fläche besteht, die einen Winkel mit der Horizontalen bildet. Das Produkt aus Kraft und Länge der Schräge entspricht dem Produkt aus Widerstand und Höhe der Ebene. Der Keil bildet eine spezielle Form der schiefen Ebene.

4. Die Schraube

Die Schraube ist eine einfache Maschine, die aus einer schiefen Ebene besteht, die gleichmäßig um einen zylindrischen Körper gewickelt ist.

• Gewindeprofil: Die spiralförmige Erhebung wird als Gewindegang bezeichnet. Die äußere Kante ist der Gewindescheitel, die unteren Flächen sind die Gewindeseiten.
• Profilformen: Das Profil ist meist dreieckig, es gibt jedoch auch Vierkant- oder Trapezprofile.
• Drehrichtung: Schrauben können Rechts- oder Linksgewinde aufweisen.
• Gangzahl: Eine Schraube kann einen oder mehrere parallel gewickelte Gewindegänge besitzen, um eine schnellere Progression zu erreichen.
• Steigung: Die Gewindesteigung ist der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gewindegängen.