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.

     

Themen und Stichworte zu diesem Modul: Flaschenzug - Flaschenzüge - Differentialflaschenzug - Gewichtskraft - Zugkraft - Zugkräfte - Hub - Hubarbeit - Hubhöhe - Höhe - Heben - Anheben - Hubgeschwindigkeit - Weg - Einheit - Kraftweg - Lastweg - Zugweg - Zug - Ziehen - Rollen - Potenzflaschenzug - Seilwinde - Seilkraft - Seilkräfte - Kraftwandler - Kraftumformende Einrichtungen - Gesetzmäßigkeiten - Feste Rolle - Lose Rolle - Feste und lose Rollen - Seilrolle - Seilrollen - Kraft - Halbieren - Last - Seil - Seile - Lastseil - Zugseil - Tragseil - Flaschenzug mit 2 Rollen - Flaschenzug mit 4 Rollen - Herleitung - Beweis - Flaschenzug berechnen - Physik - Physikalisch - Umlenkrolle - Goldene Regel der Mechanik - Umlenkrollen - Arbeit - Einfache Maschinen - kg - Definition - Doppelrolle - Doppelt - Rolle - Eine Rolle - Einfach - Was - Wie - Weshalb - Was ist - Warum - Bedeutung - Was bedeutet - Erklärung - Einfach erklärt - Grundlagen - Beschreibung - Arbeitsblatt - Arbeitsblätter - Unterrichtsmaterial - Unterrichtsmaterialien - Eigenschaften - Lernen - Erlernen - Aufgaben - Lösungen - Abituraufgaben - Abiturvorbereitung - Abitur - Abi - Leistungskurs - LK - Klassenarbeit - Klassenarbeiten - Anwendungsaufgaben - Gewicht - Gesetz - Grafik - Zeichnung - Begriff - Begriffe - Mechanik - Meter - Regel - Skizze - Verhältnis - Formel - F - n - R - Zugkraft berechnen - Zugkräfte berechnen - Berechnen - Gleichung - Rechner - Berechnung - Berechnungsformel - Einführung - Darstellung - Aufbau - Bild - Bilder - Arten - Kräfte - Beispiel - Funktionsweise - Funktion - Prinzip - Verhältnis - Zweifach - Vierfach - Wirkungsweise

    

Modul Rolle und Flaschenzug

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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.

Bei einem Flaschenzug handelt es sich um eine Maschine, die den Betrag einer aufzubringenden Kraft (z.B. zur Bewegung von Lasten) verringert. Der Flaschenzug besteht aus festen Rollen und losen Rollen sowie einem Seil.
 
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.
 

Feste Rollen:

Bei einer festen Rolle (Umlenkrolle) erfolgt lediglich eine Änderung der Wirkungsrichtung und des Angriffspunkts der aufzubringenden Kraft. Mit Hilfe von Rollen dieser Art erfolgt allein eine Umlenkung der wirkenden Kraft, die aufzubringende Zugkraft bleibt unverändert und entspricht der auf der anderen Seite der Rolle wirkenden Gewichtskraft.

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).


Lose Rollen:

Eine lose Rolle besteht aus einem Rad, welches von einem Seil getragen wird. Die wirkenden Kräfte eines solchen Systems sind zur Hälfte auf die beiden Teile des Seils verteilt. Hierdurch wird es ermöglicht, eine Last mit halbem Kraftaufwand zu heben. Der zu bewältigende Zugweg verdoppelt sich jedoch gegenüber dem Lastweg.

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:

W_h = m·g·h = F·h

W_h: Hubarbeit [J]

m: Masse [kg]
F: Hubkraft [N]

h: Höhe (Hubhöhe) [m]
g: Erdbeschleunigung [m/s²]

Bei der Verrichtung einer Hubarbeit an einem Körper, erhöht sich dessen potentielle Energie. Hierbei gilt:

W_h = Δ_Epot

W_h: Verrichtete Hubarbeit [J]
ΔE_pot: Veränderung der potientiellen Energie [J]

 

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:


F_Z: Zugkraft [N]
F_L: 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.

Seilkräfte: 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.

Hubgeschwindigkeit: Als Hubgeschwindigkeit v wird die Geschwindigkeit bezeichnet, mit der eine Last nach oben bewegt wird. Sie berechnet sich mittels dem Quotient aus der zurückgelegten Wegstrecke s und der dafür benötigten Zeit t. Es gilt: v = s/t.

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.
 
Zugkräfte: Mit dem Begriff Zugkraft wird allgemein eine Kraft bezeichnet, die eine ziehende Wirkung auf einen Körper ausführt.
 
Rollen (Umlenkrollen): 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.
 

Rollen


Flaschenzüge
 

 
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. Des Weiteren eignet es sich beim Üben dazu, um das Erlernte hinsichtlich praktizierter Übungen bzw. bearbeiteter Übungsaufgaben zu überprüfen und hierzu erworbenes Wissen festigen zu können.

Es kann sowohl zur Einführung in das entsprechende Fachthemengebiet, wie auch zur Erweiterung des bereits hierzu erlangten Fachwissens sowie als Unterstützung bei der Bearbeitung von Anwendungsaufgaben genutzt werden. Des Weiteren eignet es sich auch als Begleiter bei der Bearbeitung von Abituraufgaben sowie zur Vorbereitung auf Klassenarbeiten, zur Unterstützung bei der Abiturvorbereitung und zur Intensivierung des erforderlichen Wissens beim Abitur (Abi) im entsprechenden Leistungskurs (LK).

Mittels der anschaulichen Gestaltung und einfachen Bedienbarbarkeit einzelner Module dieser Software können Fragen zum entsprechenden Themengebiet, die mit den Worten Was ist?, Was sind?, Wie?, Wieviel?, Was bedeutet?, Weshalb?, Warum? beginnen beantwortet werden.

Eine Herleitung dient dazu, zu erklären, weshalb es zu einer Aussage kommt. Derartige Folgerungen sind unter anderem dazu nützlich, um zu verstehen, weshalb eine Formel bzw. Funktion Verwendung finden kann. Dieses Modul kann auch in diesem Fall hilfreich sein und ermöglicht es durch dessen Nutzung oftmals, einer entsprechenden Herleitung bzw. einem Beweis zu folgen, oder einen Begriff zum entsprechenden Fachthema zu erklären.

Bei Fragen deren Wörter Welche?, Welcher?, Welches?, Wodurch? bzw. Wie rechnet man? oder Wie berechnet man? sind, können zugrunde liegende Sachverhalte oftmals einfach erklärt und nachvollzogen werden. Auch liefert diese Applikation zu vielen fachthemenbezogenen Problemen eine Antwort und stellt eine diesbezüglich verständliche Beschreibung bzw. Erklärung bereit. 
 

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
 

   

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

 

 

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