Grundlagen der Mechanik und Elektrizität

Grundlagen der Mechanik und Maschinen

Einführung in Maschinen und Mechanismen

Maschinen sind Geräte, die den benötigten Aufwand und die Zeit zur Verrichtung von Arbeit reduzieren.

Einfache Maschinen verrichten Arbeit in einem einzigen Schritt. Sie dienen dazu, den Kraftaufwand zu verändern. Beispiele hierfür sind das Rad, der Hebel und die schiefe Ebene.

Mechanismen sind Kombinationen mechanischer Elemente, die Kräfte und Bewegungen umwandeln.

Spezifische Mechanismen und Maschinen

Ein Wasserrad ist ein Rad mit vertikalen Schaufeln, das von einem Bach angetrieben wird. Die Schaufeln übertragen die Schubkraft auf den Radkranz.

Das Hebelgesetz besagt: Kraft × Kraftarm = Last × Lastarm.

Hebel dienen dazu, Bewegungen zu übertragen und umzuwandeln, oft auch in die entgegengesetzte Richtung.

Es gibt drei Hebelklassen:

• 1. Klasse: Waage, Wippe
• 2. Klasse: Schubkarre, Nussknacker
• 3. Klasse: Angelrute, Pinzette

Ein Pleuel ist ein starrer Stab, der zwei bewegliche Teile verbindet.

Eine Winde ist ein horizontaler Zylinder mit einer Kurbel. Sie funktioniert ähnlich wie ein Hebel.

Eine Rolle wird verwendet, um die Richtung einer Kraft zu ändern.

Ein Flaschenzug ist eine Kombination aus festen und losen Rollen.

Riemengetriebe bestehen aus zwei oder mehr Rollen (Riemenscheiben), die durch flexible Riemen verbunden sind.

Zahnräder sind Räder mit Zähnen, die ineinandergreifen, um Drehbewegungen und Drehmomente zu übertragen.

Eine Schnecke ist eine Schraube, die mit einem Zahnrad (Schneckenrad) ineinandergreift, dessen Achse senkrecht zur Schneckenachse steht.

Ein Nockenmechanismus besteht aus einer sich drehenden Welle, einem Nocken und einem Stößel, der durch die Drehbewegung des Nockens bewegt wird.

Eine Nockenwelle ist eine Anordnung mehrerer Nocken auf einer gemeinsamen Achse.

Ein Ratschenmechanismus besteht aus einem Sperrrad und einer Sperrklinke.

Ein Kreuzgelenk ist ein Gelenk zur Übertragung von Bewegungen zwischen zwei Wellen, deren Achsen nicht in einer Linie liegen oder sich schneiden.

Motoren

Motoren sind Geräte, die verschiedene Energieformen in mechanische Energie umwandeln.

Ein Verbrennungsmotor funktioniert, indem er die durch die Verbrennung von Kraftstoff freigesetzte Wärmeenergie in mechanische Energie umwandelt.

Grundlagen der Elektrizität

Elektrische Ladung und Strom

Atome bestehen aus Teilchen: Protonen, Neutronen und Elektronen. Es gibt zwei Arten von elektrischen Ladungen: positive und negative.

Statische Elektrizität entsteht durch die Ansammlung überschüssiger elektrischer Ladung auf Materialien, meist durch Reibung.

Elektrischer Strom ist die Bewegung elektrischer Ladungen durch einen Leiter.

Elektrische Geräte und Prinzipien

Glühlampen funktionieren, indem ein Glühfaden durch den Stromfluss erhitzt wird, wodurch er glühend (inkandescent) wird und Licht sowie Wärme abstrahlt.

Gasentladungslampen funktionieren, wenn eine elektrische Entladung zwischen Elektroden in einem Gas stattfindet, wodurch das Gas Licht emittiert.

Ein Elektromagnet funktioniert, wenn Strom durch eine Spule fließt und dadurch der Kern magnetisch wird.

Ein Elektromotor funktioniert, wenn Strom durch eine Spule fließt, die sich dadurch wie ein Magnet verhält. Die anziehenden und abstoßenden Kräfte zwischen den Magneten und der Spule bewirken die Drehung des Motors.