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Zahnräder verändern Bewegung und Kraft — Ingenieurwesen, 11–13 Jahre

Verbundene Zahnräder übertragen die Drehung von einem Rad auf ein anderes und verändern Geschwindigkeit, Drehrichtung oder Drehkraft.

Die Größe verändert den Ausgleich

Wenn zwei Zahnräder ineinandergreifen, dreht sich das andere beim Drehen des ersten in die Gegenrichtung. Ein kleines Zahnrad, das ein großes antreibt, dreht das große langsamer, aber mit mehr Drehkraft. Ein großes am kleinen bewirkt das Gegenteil: mehr Geschwindigkeit, weniger Kraft.

Warum Zahnräder entwickelt wurden

Maschinen brauchen oft eine andere Bewegung, als ein Mensch oder Motor liefern kann. Ingenieure entwickelten Zahnräder, um Drehungen zu übertragen und zwischen Geschwindigkeit und Drehkraft zu wählen. So lassen sich Lasten heben, Räder gleichmäßig antreiben oder Uhren laufen lassen.

Zähne zählen

Ein Zahnrad mit 10 Zähnen treibt eines mit 30 Zähnen an. Das kleine muss sich dreimal drehen, damit sich das große einmal dreht, denn 30 ÷ 10 = 3. Dreht sich das kleine mit 90 Umdrehungen pro Minute, dreht sich das große mit 90 ÷ 3 = 30, in Gegenrichtung und mit größerer Drehkraft.

Mehr Kraft bedeutet nicht mehr Energie

Es ist verständlich zu denken, ein großes angetriebenes Zahnrad liefere kostenlos zusätzliche Energie. Es erzeugt mehr Drehkraft, dreht sich aber langsamer; im idealen System gleicht sich das aus. Außerdem geht durch Reibung Energie verloren, daher braucht eine echte Maschine einen Motor oder Menschen.

Zahnräder in deiner Umgebung

Fahrräder nutzen Zahnräder, damit deine Beine bergauf leichter und gleichmäßig oder auf ebener Strecke schneller treten können. Uhren verwenden genau bemessene Zahnräder zur Steuerung der Zeiger, Bohrmaschinen wählen damit Geschwindigkeit und Drehkraft. Hier dienen Zahnräder echten Bewegungen, nicht nur dem Aussehen.

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