PhysProf - Rolle - Flaschenzug - Hubarbeit - Kräfte - Berechnen - Umlenkrolle
Fachthemen: Rolle - Flaschenzug - Hubarbeit
PhysProf - Mechanik - Ein Programm zur Visualisierung physikalischer Sachverhalte mittels Simulationen und 2D-Animationen für die Schule, das Abitur, das Studium sowie für Lehrer, Ingenieure und alle die sich für Physik interessieren.
Online-Hilfe für das Modul
zur Durchführung einfacher Berechnungen mit verschiedenen Arten von Rollen und Flaschenzügen.
Es unterstützt dabei ein tiefergehendes Verständnis zu diesem Themengebiet zu erlangen und kann zum Lösen vieler diesbezüglich relevanter Aufgaben eingesetzt werden.
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Kräfte bei Rolle und Flaschenzug
Modul Rolle und Flaschenzug
Durch die Verwendung des Unterprogramms [Mechanik II] - [Flaschenzug] können Berechnungen mit vier verschiedenen Arten von Rollen und Flaschenzügen durchgeführt werden.
I - Rolle
Abbildung I - Rolle
Rollen und Flaschenzüge werden als kraftumformende Einrichtungen bezeichnet. Die Goldene Regel der Mechanik besagt, dass alles, was an Kraft gespart werden kann, durch Weg ausgeglichen werden muss. Sie wurde 1594 von Galileo Galilei formuliert und lautet: Was man an Kraft spart, muss man an Weg zusetzen. Genutzt wird diese Regel bei sogenannten Kraftwandlern. Als einfache Maschinen werden Werkzeuge bezeichnet, mit deren Hilfe die Umwandlung einer wirkenden Kraft auf zweckmäßige Art und Weise erfolgen kann und zur Verrichtung von Arbeit eingesetzt werden. Hierzu zählen unter anderem der Hebel, das Seil, die Rolle (die Seilrolle) sowie der Flaschenzug.
Eine feste Rolle wirkt als zweiseitiger, gleicharmiger Hebel. Sie vermag nur die Richtung der erforderlichen Kraft zu verändern. Bei ihr gilt: F1 = F2 (Kraft gleich Last). Eine lose Rolle wirkt als einseitiger Hebel. Sie vermag es lediglich die Größe der erforderlichen Kraft zu verändern. Bei ihr gilt: F1 = F2/2 (Kraft gleich halbe Last).
Hubarbeit:
Die physikalische Hubarbeit errechnet sich aus dem Produkt des zurückgelegten Weges und der dafür benötigten Kraft. Für sie gilt:
Wh = m·g·h = F·h
Wh: Hubarbeit [J]
m: Masse [kg]
F: Hubkraft [N]
h: Höhe (Hubhöhe) [m]
g: Erdbeschleunigung [m/s²]
II - Flaschenzug und Differentialflaschenzug
Abbildung II - Flaschenzug - Differenzialflaschenzug
Flaschenzüge sind Kombinationen aus losen und festen Rollen. Ein Flaschenzug besteht aus n Rollen und die Last verteilt sich auf n Seile. Das Verhältnis zwischen Kraft (Seilkraft) und Last, wie auch Kraft- und Lastweg wird durch die Anzahl der tragenden Seile bestimmt. Es gilt:
F: Aufzuwendende Kraft (Seilkraft) [N]
F1: Lastkraft [N]
n: Anzahl der tragenden Seile
Ein Differenzialflaschenzug besteht aus einem Wellrad und einer Rolle, an welche eine Kette gelegt ist. Um es zu verhindern, dass sich die Kette auf dem Wellrad verschiebt, sind sowohl das große wie auch das kleine Rad mit Zähnen versehen. Es gilt folgende Gesetzmäßigkeit:
Dieser Flaschenzug ist umso wirksamer, je geringer die Differenz der beiden Wellenradien ist. Hierbei sind:
F1: Aufzuwendende Kraft [N]
F2: Last [N]
r: Radius der kleineren Rolle [m]
R: Radius der größeren Rolle [m]
III - Potenzflaschenzug
Abbildung III - Potenzflaschenzug
Der Potenzflaschenzug ermöglicht die Krafteinsparung mittels loser Rollen, dessen Seile an den Stützen der nächsten Rollen befestigt sind. Während auf die untere lose Rolle noch die volle Gewichtskraft wirkt, wird diese beim unteren Seil bereits halbiert. An der oberen losen Rolle wirkt hierdurch nur noch die halbe Kraft. An dieser Rolle wird die Kraft ein weiteres Mal halbiert. Am Seil der letzten Rolle wirkt letztendlich die Zugkraft. Es gilt:
FZ: Zugkraft [N]
FL: Last [N]
n: Anzahl verwendeter Rollen
Programmbedienung
Wählen Sie durch die Aktivierung des entsprechenden Kontrollschalters Rolle bzw. Flaschenzug, ob Sie Berechnungen mit Rollen oder mit Flaschenzügen durchführen möchten. Geben Sie daraufhin die erforderlichen Zahlenwerte in dafür vorgesehenen Felder ein und bedienen Sie die Schaltfläche Berechnen, so werden die ermittelten Ergebnisse ausgegeben.
Fachbegriffe
Als Lastweg wird derjenige Weg bezeichnet, um welchen eine Last nach oben gezogen wird. Der Kraftweg ist der Weg, um den das Seil nach oben gezogen wird. Beim einem einfachen Flaschenzug entspricht der Kraftweg dem Lastweg.
Eine Seilwinde (Seilrolle) ist eine Vorrichtung, mit derer Hilfe etwas gezogen werden kann.
Die Seilkraft ist diejenige Zugkraft, die ein Seil in Richtung dessen Verlaufs aufnehmen kann.
Die Hubhöhe ist die messbare Höhe, um die ein Gegenstand mittels Hub angehoben wird.
Kraftwandler sind mechanische Apparaturen, die die Veränderung einer Kraft hinsichtlich ihrem Angriffspunkt, ihrer Richtung oder ihrem Betrag ermöglichen. Zu ihnen zählen Geräte wie Hebel, Stange, Seil oder Flaschenzug.
Das Zugseil ist das Seil, welches durch Zug einen mechanischen Prozess entstehen lässt. Im Gegensatz dazu dient das Tragseil dazu, den größten Teil der Gewichtskräfte aufzunehmen.
Als Zugkraft wird in der Physik diejenige Kraft bezeichnet, die an einem Körper zieht.
Eine Rolle (Umlenkrolle) ist ein Maschinenelement, welches als Kraftwandler zum Einsatz kommt und aus einem einzigen Rad besteht und auf einer einzelnen Achse gelagert ist.
Mit Hilfe dieses Programms lassen sich unter anderem Grafiken für Arbeitsblätter zur nichtkommerziellen Nutzung für Unterrichtszwecke erstellen. Beachten Sie hierbei jedoch, dass jede Art gewerblicher Nutzung dieser Grafiken und Texte untersagt ist und dass Sie zur Verfielfältigung hiermit erstellter Arbeitsblätter und Unterrichtsmaterialien eine schriftliche Genehmigung des Autors (unseres Unternehmens) benötigen.
Diese kann von einem registrierten Kunden, der im Besitz einer gültigen Softwarelizenz für das entsprechende Programm ist, bei Bedarf unter der ausdrücklichen Schilderung des beabsichtigten Verfielfältigungszwecks sowie der Angabe der Anzahl zu verfielfältigender Exemplare für das entsprechende Arbeitsblatt unter der auf der Impressum-Seite dieses Angebots angegebenen Email-Adresse eingeholt werden. Es gelten unsere AGB.
Dieses Programm eignet sich neben seinem Einsatz als Berechnungs- bzw. Animationsprogramm zudem zum Lernen, zur Aneignung entsprechenden Fachwissens, zum Verstehen sowie zum Lösen verschiedener Aufgaben zum behandelten Fachthema. Durch seine einfache interaktive Handhabbarkeit bietet es die auch Möglichkeit der Durchführung unterschiedlicher Untersuchungen hierzu. Es kann sowohl zur Einführung in das entsprechende Fachthemengebiet, wie auch zur Erweiterung des bereits hierzu erlangten Fachwissens genutzt werden.
Mittels der anschaulichen Gestaltung und leichten Bedienbarbarkeit der einzelnen Module dieser Software werden oftmals häufig gestellte Fragen mit den Anfangsworten Was ist?, Was sind?, Wie?, Wieviel?, Was bedeutet?, Weshalb?, Warum? zum entsprechenden Themengebiet auf verständliche Weise beantwortet und einfach erklärt sich durch dessen Benutzung vieles von alleine. Zudem liefert diese Applikation zu vielen gestellten Fragen eine verständliche Antwort, Beschreibung und Erklärung.
Eine kleine Übersicht in Form von Bildern und kurzen Beschreibungen über einige zu den einzelnen Fachthemengebieten dieses Programms implementierte Unterprogramme finden Sie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Mechanik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Elektrotechnik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Optik - Kurzinfos zum Themengebiet Thermodynamik sowie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zu sonstigen Themengebieten.
Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter Wikipedia - Flaschenzug zu finden.
4-Takt-Ottomotor - Impulssatz - Gleichförmige und gleichförmig beschleunigte Bewegung - Bewegung und Geschwindigkeit - Geschwindigkeit und Beschleunigung - Wellen - Druck in Flüssigkeiten - Ideale Strömung - Kinetische und potentielle Energie - Brownsche Bewegung - Molekularbewegung - Harmonische Schwingungen - Kreisbahnbewegung - Auftrieb - Geneigte Ebene - Freier Fall - Waagerechter und schiefer Wurf - Pendel - Chaos-Doppelpendel - Gedämpfte mechanische Schwingung - Balkenwaage - Hebelgesetz - Zweites Newtonsches Gesetz - Drittes Newtonsches Gesetz - Mechanische Arbeit - Hookesches Gesetz
Videos zu einigen in PhysProf implementierten Modulen sind auf Youtube unter den folgenden Adressen abrufbar:
Schräger Wurf - Schiefer Wurf, Waagerechter Wurf - Horizontaler Wurf, Hookesches Gesetz, Mechanische Arbeit, Zweites Newtonsches Gesetz, Drittes Newtonsches Gesetz, Gedämpfte mechanische Schwingung, Bewegungen auf einer Kreisbahn, Hebelgesetz, Chaotisches Doppelpendel, Mathematisches Pendel, Freier Fall und Luftwiderstand, Harmonische Schwingungen, Molekularbewegungen, Brownsche Bewegungen, Potentielle und kinetische Energie, Ideale Strömung - Volumenstrom, Druck in Flüssigkeiten, Wellen - Simulationen, Zusammengesetzte Bewegung, Bewegungen in der Ebene, Carnotscher Kreisprozess, Adiabatische Zustandsänderung, Isotherme Zustandsänderung, Isobare Zustandsänderung, Isochore Zustandsänderung, Beugung am Spalt, Hohlspiegel, Sammellinse, Zerstreuungslinse, Wechselstromkreise, RLC-Kreis - RLC-Schaltung, RL-Kreis - RL-Schaltung, RC-Kreis - RC-Schaltung, Resonanz - Resonanzkurve, Widerstände im Wechselstromkreis, Schwingungen und deren Überlagerung, Plattenkondensator, Ladung und Entladung von Kondensatoren, Reihenschaltung und Parallelschaltung, Lissajou-Figuren, 1. Keplersches Gesetz, 2. Keplersches Gesetz, 3. Keplersches Gesetz
Unterprogramm Rolle und Flaschenzug
PhysProf 1.1 - Unterprogramm RLC-Kreis
MathProf 5.0 - Unterprogramm Kurven in Parameterform
SimPlot 1.0 - Grafik- und Animationsprogramm für unterschiedlichste Anwendungszwecke
Physik interaktiv
Nachfolgend finden Sie ein Video zu einem in PhysProf 1.1 unter dem Themenbereich Mechanik eingebundenen Unterprogramm,welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.
Nachfolgend finden Sie ein Video zu einem in PhysProf 1.1 unter dem Themenbereich Elektrotechnik eingebundenen Unterprogramm, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.
Nachfolgend finden Sie ein Video zu einem in PhysProf 1.1 unter dem Themenbereich Thermodynamik eingebundenen Unterprogramm, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.
Es eignet sich insbesondere dafür, um interaktive grafische Untersuchungen sowie numerische Berechnungen zu entsprechenden Fachthemen durchführen zu lassen. Mehr als 300 verschiedene Unterprogramme decken die mathematischen Themenbereiche Analysis, Geometrie, Trigonometrie, Algebra, Stochastik, 3D-Mathematik und Vektoralgebra großflächig ab.
Durch die Nutzbarkeit vieler implementierter grafischer Features bestehen vielseitige gestaltungstechnische Möglichkeiten, ausgegebene Grafiken in entsprechenden Unterprogrammen auf individuelle Anforderungen anzupassen. Durch die freie Veränderbarkeit von Parametern und Koordinatenwerten bei der Ausgabe grafischer Darstellungen, besteht in vielen Modulen zudem die Möglichkeit, Veränderungen an dargestellten Gebilden und Zusammenhängen manuell oder durch die Verwendung automatisch ablaufender Simulationsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren.
Es verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 1600 Seiten.
Eine Übersicht aller in MathProf 5.0 zur Verfügung stehender Programmteile finden Sie im MathProf - Inhaltsverzeichnis, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.
- Kurzinfos zum Themengebiet Analysis
- Kurzinfos zum Themengebiet Geometrie
- Kurzinfos zum Themengebiet Algebra
- Kurzinfos zum Themengebiet 3D-Mathematik
- Kurzinfos zum Themengebiet Stochastik
- Kurzinfos zum Themengebiet Vektoralgebra
- Kurzinfos zum Themengebiet Trigonometrie
- Kurzinfos zu sonstigen Themengebieten
Visualisierung und Simulation interaktiv
SimPlot 1.0 ist eine Anwendung, welche es unter anderem durch interaktiv erstellbare Präsentationen ermöglicht, sich Sachverhalte aus vielen technischen, wissenschaftlichen und anderen Bereichen grafisch darstellen und diese multifunktional sowohl statisch, wie auch in Form bewegter Grafiken ausgeben zu lassen. Das Programm erlaubt die Erstellung von Gebilden mit zweidimensionalen grafischen Objekten, welche als geometrische Figuren und Bilder zur Verfügung stehen.
Es bietet zudem die Möglichkeit, Zusammenhänge im Bereich der Planimetrie auf einfache Weise interaktiv zu analysieren. Unter anderem wird es ermöglicht, mit erzeugten Gebilden geometrische Transformationen durchzuführen und diesen automatisch ablaufende Bewegungs- und Verformungsprozesse zuzuweisen.
SimPlot kann sowohl zur Erstellung von Infografiken, zur dynamischen Datenvisualisierung, zur Auswertung technisch-wissenschaftlicher Zusammenhänge sowie zur Erzeugung bewegter Bilder für verschiedenste Anwendungsbereiche eingesetzt werden. Neben der Bereitstellung vieler mathematischer Hilfsmittel und zusätzlicher Unterprogramme erlaubt es auch die Einblendung von Hilfslinien zur Echtzeit, welche dienlich sind, um sich relevante Sachverhalte und Zusammenhänge unmittelbar begreiflich zu machen.
Dieses Programm verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 900 Seiten.
Nachfolgend finden Sie ein Video zu einer mit SimPlot 1.0 erstellten Animationsgrafik, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.
Nachfolgend finden Sie ein Video zu einer mit SimPlot 1.0 erstellten Animationsgrafik, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.
Nachfolgend finden Sie ein Video zu einer mit SimPlot 1.0 erstellten Animationsgrafik, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.
