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Kraftwandler | Aufgaben und Übungen

Klassenstufe:

Aufgaben und Übungen zu Kraftwandlern beschäftigen sich größtenteils mit Formeln und Berechnungen. Dafür solltest du verstehen, wie ein Kraftwandler es schafft, die aufzubringende Kraft zu verringern, während die Arbeit gleich groß bleibt. 

Es gibt drei verschiedene Arten von Kraftwandlern, denen du hauptsächlich begegnen wirst. 

Die Lernwege zeigen dir mögliche Anwendungen und Aufgaben zum Thema. Anhand der Lösungen kannst du sofort dein bestehendes Wissen testen. Anschließend findest du mit der Klassenarbeit heraus, ob du dich nun richtig gut mit Kraftwandlern auskennst oder wo möglicherweise noch kleine Wissenslücken sind. 

Kraftwandler – Lernwege

Wie erkennt man um welchen Kraftwandler es sich handelt?

Um eine Übung zu diesem Thema korrekt lösen zu können, ist es sehr wichtig, als Erstes den Kraftwandler zu identifizieren. Dabei wird generell zwischen den drei folgenden Kraftwandlern unterschieden:

  • der ein- oder zweiarmige Hebel
  • der Flaschenzug
  • die schiefe Ebene

Der ein- oder auch zweiarmige Hebel sorgt mit einer größeren Hebelwirkung dafür, dass sich Lasten leichter anheben oder allgemein bewegen lassen. In Aufgaben erkennst du diesen Kraftwandler meist daran, dass das sogenannte Drehmoment \(D\) oder auch die Länge eines Hebelarms genannt wird.

Bei einem Flaschenzug sind Begriffe wie „Seil“ oder die Anzahl an Rollen Signalwörter, auf die du achten solltest. Je mehr Rollen verwendet werden, desto kleiner ist die aufzubringende Kraft! 

Schließlich gibt es noch die schiefe oder auch geneigte Ebene. Diese führt dazu, dass schwere Objekte leichter an höher gelegene Orte transportiert werden können. Hierbei spielen Winkel eine große Rolle. Diese bestimmen die Größe der Kraftersparnis. 

Wie löst man Aufgaben mit Kraftwandlern erfolgreich?

Meist bestehen Übungen zu Kraftwandlern daraus, Informationen aus einem Aufgabentext zu entnehmen, diese korrekt in eine Formel einzusetzen und somit eine gesuchte Größe zu bestimmen. Diese gesuchte Größe kann der Betrag der Kraft, die Länge eines Hebelarms oder beispielsweise auch der Neigungswinkel einer schiefen Ebene sein. 

Um diese Art von Aufgaben erfolgreich lösen zu können, solltest du folgende Arbeitsschritte befolgen: 

  1. Lies den Aufgabentext genau durch. Dieser gibt dir wichtige Informationen zum Lösen der Aufgabe. 
  2. Finde heraus, welche Größen gegeben und welche gesucht sind. Die Angaben können dir einen Hinweis auf die Art des Kraftwandlers geben. Diesen zu identifizieren ist das Wichtigste, um die Aufgabe korrekt zu lösen. 
  3. Finde die korrekte Formel. Diese wählst du anhand der gegebenen und gesuchten Größen sowie anhand des Kraftwandlers.
  4. Setze die Größen ein und berechne den fehlenden Wert. Achte in diesem Schritt darauf, dass alle Größen in die passenden Einheiten umgerechnet worden sind. Die Einheit des Ergebnisses kann ein Hinweis darauf sein, ob du richtig gerechnet hast. 
  5. Schreibe einen Antwortsatz. In diesem Satz sollte das Ergebnis mit seiner Einheit in den Sachzusammenhang gesetzt werden. 

Wie erkennt man Kraftwandler im Alltag?

Wahrscheinlich ist es dir gar nicht bewusst, aber Kraftwandler sind in unserem Alltag sehr häufig anzutreffen. Sie helfen dabei, viele Aufgaben deutlich zu erleichtern. Du erkennst das Wirken eines Kraftwandlers daran, dass schwere Lasten bewegt werden. Häufig ist dies mit menschlicher Stärke ohne die Hilfe eines Kraftwandlers nicht möglich.

Beispiele für Flaschenzüge finden sich in Häfen. Die Container von Schiffen können nur mithilfe von Kränen angehoben werden. Diese arbeiten dabei mit sehr großen Flaschenzügen. Hebel finden sich hingegen oft in Werkstätten. Beim Reifenwechsel sorgen Wagenheber dafür, Autos in eine gewünschte Höhe anzuheben. Mit Armkraft allein ist dies nicht zu bewältigen. Und wo finden sich schiefe Ebenen? Ein ganz simples Beispiel für schiefe oder geneigte Ebenen sind Passstraßen. Verkehrsteilnehmer wie Autos oder Fahrradfahrer könnten Berge nicht erklimmen, wenn nicht geneigte Straßen schleifenförmig zum Gipfel führen würden. Der direkte Weg wäre zu steil. 

Aber auch so einfache Dinge wie Flaschenöffner oder die Sechskantschlüssel, die bei Möbelbausätzen dabei sind, sind Kraftwandler. Du erkennst sie an den gleichen Prinzipien, an denen du auch die Kraftwandler in einer Physikaufgabe erkennst.