Rollen ändern die Kraftrichtung — Ingenieurwesen, 11–13 Jahre
Eine Rolle ist ein Rad mit einer Rille für ein Seil. Eine Rolle kann das Heben bequemer machen; mehrere Rollen können die nötige Kraft verringern, dafür muss man mehr Seil ziehen.
Was eine Rolle bewirkt
Eine Rolle lässt ein Seil um ein Rad herum die Richtung wechseln, sodass man bequemer ziehen kann. Nach unten zu ziehen kann leichter sein als nach oben zu heben, obwohl sich das Gewicht nicht ändert. Eine feste Rolle ändert vor allem die Richtung; eine lose Rolle kann die Last auf mehrere Seilstücke verteilen.
Das Problem des Hebens
Einen schweren Eimer gerade nach oben zu heben ist anstrengend und vom Boden aus vielleicht unmöglich. Menschen mussten Segel, Bausteine und Eimer aus Brunnen heben und dabei sicherer oder fester stehen. Eine Rolle bietet eine günstigere Zugrichtung; ein System tauscht weniger Kraft gegen mehr Seilbewegung.
Zwei Seilstücke
Eine Last von 40 Newton hängt an einer losen Rolle, die von zwei gleich belasteten Seilstücken getragen wird. Schritt 1: Teile 40 Newton durch 2: 40 ÷ 2 = 20 Newton. Schritt 2: In einem einfachen idealen System beträgt der Zug etwa 20 Newton. Schritt 3: Für 1 Meter Hub muss man etwa 2 Meter Seil ziehen. Reibung macht echte Werte etwas größer.
Der verständliche Irrtum
Es scheint, ein Rollensystem schenke Kraft: Wenn der Zug halb so groß ist, müsste die Last vielleicht ohne zusätzliche Mühe gleich weit steigen. Dabei fehlt die Strecke. Man muss doppelt so viel Seil ziehen; Die ideale Arbeit bleibt gleich, und echte Reibung verursacht etwas mehr Arbeit.
Wo es vorkommt
Kräne verwenden Rollensysteme, um Baumaterial zu heben. Seeleute nutzen sie zum Hissen und Einstellen von Segeln, Rettungsteams zum kontrollierten Bewegen von Ausrüstung oder Menschen. Eine einfache Rolle am Fahnenmast ändert vor allem die Zugrichtung: Man zieht nach unten, die Fahne steigt.
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