Goldene Regel der Mechanik
Du möchtest mehr über die Goldene Regel der Mechanik wissen? Hier und im Video erfährst du, was diese Regel bedeutet und wie sie in der Mechanik angewendet wird.
Inhaltsübersicht
Goldene Regel der Mechanik — einfach erklärt
Stell dir vor, du willst eine schwere Kiste einen Meter anheben. Du könntest versuchen, sie direkt zu heben, aber das erfordert viel Kraft. Wenn du stattdessen eine Rampe benutzt, ist der Weg länger, aber du brauchst weniger Kraft.
Das ist das Prinzip der Goldenen Regel der Mechanik: Sie besagt, dass das Produkt aus der aufgebrachten Kraft und dem zurückgelegten Weg immer gleich bleibt. Egal welches Hilfsmittel (Kraftwandler) du verwendest. Daraus ergibt sich folgende Formel:
F1 • s1 = F2 • s2
Die Goldene Regel der Mechanik ist ein Ausdruck des Energieerhaltungssatzes und zeigt, dass du physikalische Arbeit nicht „sparen“ kannst. Sie gilt aber nur für reibungsfreie (ideale) Situationen. In der Realität gibt es nämlich Reibung, die die verrichtete Arbeit beeinflusst. Wenn du z. B. einen Koffer über eine kurvige Treppe schiebst, musst du den Koffer mehrmals drehen. Dadurch wird die Reibung größer und du musst mehr Kraft aufwenden, als die Regel vorhersagt.
Goldene Regel der Mechanik Beispiele
Du hast also eine schwere Kiste und möchtest sie auf einen Tisch heben. Aber was, wenn die Kiste wirklich schwer ist und du sie nicht heben kannst? Hier kommen Kraftwandler ins Spiel: schräge Ebenen, Flaschenzüge und Hebel. Diese Hilfsmittel erleichtern dir die Arbeit. Wie sie im Einklang mit der Goldenen Regel der Mechanik wirken, schauen wir uns jetzt genauer an!
Goldene Regel der Mechanik an einer schiefen Ebene
Die Kiste direkt auf den Tisch zu heben, erfordert viel Kraft. Aber der Weg s1 ist relativ kurz. Eine Möglichkeit ist es, die Kiste auf einer schiefen Ebene nach oben zu bewegen. Dafür benötigst du wesentlich weniger Kraft: Der Weg s2, den die Kiste auf der schiefen Ebene zurücklegt, ist aber länger als der direkte Weg s1 nach oben. Je flacher dabei die Ebene ist, desto weniger Kraft benötigst du.
Goldene Regel der Mechanik an einem Flaschenzug
Ein Flaschenzug reduziert ebenfalls die Kraft, die du aufbringen musst. Je mehr Seile oder Rollen im Flaschenzug sind, desto weniger Kraft brauchst du. Aber auch hier gibt es einen Ausgleich: Du musst das Seil weiter ziehen, um die Kiste auf die gleiche Höhe zu heben. Wenn der Flaschenzug zum Beispiel zwei Seile hat, musst du nur halb so viel Kraft aufwenden, aber doppelt so weit ziehen.
Goldene Regel der Mechanik an einem Hebel
Mit einem Hebel kannst du die aufzubringende Kraft deutlich reduzieren. Je länger der Hebelarm, desto weniger Kraft benötigst du. Aber auch hier musst du den Hebel über einen längeren Weg nach unten bewegen, um die Kiste auf die gewünschte Höhe zu bringen.
Goldene Regel der Mechanik — häufigste Fragen
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Wie lautet die Goldene Regel der Mechanik?
Die Goldene Regel der Mechanik sagt, dass wenn du weniger Kraft verwendest, du einen längeren Weg zurücklegen musst, um die gleiche Arbeit zu erledigen. Die Formel dafür ist: F1 • s1 = F2 • s2
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Wo kann man die Goldene Regel der Mechanik anwenden?
Die Goldene Regel der Mechanik findet Anwendung in verschiedenen Kraftwandlern wie schiefen Ebenen, Flaschenzügen und Hebeln. Sie reduzieren die benötigte Kraft, um ein Objekt zu bewegen.
Mechanik
Die Goldene Regel der Mechanik gehört zur Dynamik. Als Teilgebiet der Mechanik beschäftigt sich die Dynamik mit der Bewegung von Körpern unter Einwirkung von Kräften. Welche weiteren Teilgebiete es in der Mechanik gibt, erfährst du in unserem Beitrag dazu!
