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Was sind Kraftwandler?

Ein Kraftwandler ist ein Gerät, mit dem du dir das Aufbringen einer bestimmten Kraft leichter machen kannst. Denn so ein Kraftwandler kann den Betrag, die Richtung oder auch den Angriffspunkt der Kraft, die du aufbringen musst, verändern. So kann es zum Beispiel sein, dass du durch den Einsatz eines Kraftwandlers eine kleinere Kraft aufbringen musst als ohne, um an dein Ziel zu kommen. Die goldene Regel der Mechanik verrät dir allerdings, dass die physikalische Arbeit dabei nicht verkleinert werden kann.

Die wichtigsten Kraftwandler aus der Physik stellen wir dir hier vor – mit allen weiteren Informationen, die du zu diesem Thema auf keinen Fall verpassen solltest. Als Training für den nächsten Physiktest haben wir für dich unsere Klassenarbeiten mit Musterlösungen zu den Kraftwandlern vorbereitet.

Kraftwandler – die beliebtesten Themen

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    Was ist ein Flaschenzug?

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Welche Kraftwandler gibt es?

Obwohl das Wort Kraftwandler etwas kompliziert klingt, gibt es ganz einfache Versionen eines Kraftwandlers. Dazu gehört zum Beispiel ein einfaches Seil oder eine feste Rolle. Mit einem Seil kannst du zum Beispiel den Angriffspunkt verschieben, also den Punkt, an dem du ziehst. Wenn du nun auch noch eine feste Rolle hinzunimmst, kannst du auch die Richtung deiner Zugkraft ändern. Wenn du eine feste Rolle beispielsweise an der Decke befestigst und dann an einem Seil, das über die Rolle läuft, nach unten ziehst, kannst du etwas hochheben, ohne nach oben ziehen zu müssen.

Mit komplexeren Kraftwandlern kannst du nicht nur den Angriffspunkt verschieben und die Richtung der Kraft ändern, sondern auch ihren Betrag! Zu diesen Kraftwandlern gehören folgende Geräte: 

  • Ein ein- oder zweiarmiger Hebel hilft dir dabei, Lasten anzuheben und zu transportieren.
  • Ein Flaschenzug ist eine Kombination aus einem Seil sowie festen und losen Rollen. Er wird dazu verwendet, Lasten einfacher anheben zu können. 
  • Eine schiefe oder geneigte Ebene ist eine Schräge, auf der man leichter eine Last in die Höhe schieben kann.

Diese Kraftwandler werden so eingesetzt, dass der Betrag der aufzubringenden Kraft für den Benutzer kleiner wird.

Kann man mit Kraftwandlern Energie sparen?

Eine kleinere Kraft aufbringen zu müssen, klingt natürlich super! Aber die kleinere Kraft hat einen Preis: Der Weg erhöht sich. Wenn du zum Beispiel ein schweres Paket eine schiefe Ebene hochschiebst, dann musst du eine kleinere Kraft aufwenden, als wenn du das Paket direkt senkrecht hebst. Dafür ist der Weg über die schiefe Ebene länger als der direkte, senkrechte Weg nach oben.

Eine kleinere Kraft bedeutet also einen längeren Weg. Das Produkt aus Kraft und Weg bleibt deshalb immer gleich. Dieses Produkt ist nichts anderes als die Arbeit, die verrichtet werden muss. Egal ob mit Kraftwandler oder ohne, für das gleiche Ziel muss also auch die gleiche Menge an Arbeit verrichtet werden. Genau das drückt die goldene Regel der Mechanik aus. Arbeit oder Energie können wir durch den Einsatz eines Kraftwandlers also nicht einsparen. Dies drückt die goldene Regel der Mechanik, der Energieerhaltungssatz für die klassische Mechanik, aus.

Wozu braucht man Kraftwandler?

Kraftwandler waren besonders in früheren Zeiten wichtig, als unsere technologischen Möglichkeiten noch nicht so weit vorangeschritten waren. Eine Art des Flaschenzugs wurde bereits in der Antike verwendet. Auch die Ägypter benutzen mit Sicherheit eine oder mehrere Arten von Kraftwandlern, um die berühmten Pyramiden von Gizeh vor mehr als 6000 Jahren zu bauen – auch wenn wir heute nicht mehr sicher sind, welche Art von Kraftwandler sie genau kannten. Heute treten technische Möglichkeiten in Konkurrenz zu den Kraftwandlern. Ein schwerer Schiffsanker wird beispielsweise heute mit einem elektrischen Motor eingezogen, wogegen man früher auf einen Kraftwandler angewiesen war.

Trotzdem gibt es immer noch viele verschiedene Kraftwandler in unserem Alltag. Darunter sind viele einfache Werkzeuge. Zu den Hebeln, die wir noch immer regelmäßig verwenden, gehören beispielsweise Schubkarren, Zangen, Nussknacker, Scheren und alle Arten von Schrauben- oder Mutterschlüsseln. Flaschenzüge sind noch außen an alten Häusern zu sehen und existieren weiterhin, zum Beispiel in Autowerkstätten, Baukränen und Fahrstühlen. Eine schiefe Ebene begegnet dir zum Beispiel als Fahrradrampe neben einer Treppe, auf der du dein Fahrrad angenehm leicht nach oben schieben kannst, anstatt es hochzutragen.