Arbeitsblatt: Einfache mechanische Maschinen Dossier

NMM 8. Sek Physik Einfache mechanische Maschinen Dossier Definition «einfache mechanische Maschine»: 1 Beispiele von mechanischen Maschinen Was Wozu 1 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 2 8. Sek Physik Die schiefe Ebene a) Geneigte Verhältnisse – 39 Führt zu zweit den Versuch 39 durch. Haltet kurz fest, welche Materialien ihr braucht und was ihr machen müsst. Macht zudem eine Skizze vom Versuch und haltet eure Ergebnisse in der Tabelle fest. Welche Erkenntnis könnt ihr aus dem Versuch ziehen? Vorgehen: Materialien: Skizze: 2 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 8. Sek Physik Ergebnis: Neigungswinkel Kraft 10 20 30 60 90 Erkenntnis: b) Weg und Arbeit bei der schiefen Ebene Wenn wir unseren Wagen auf eine Höhe von 0.25 Metern ziehen wollen, können wir zwar Kraft sparen, wenn wir von der schiefen Ebene Gebrauch machen, jedoch müssen wir je nach dem einen längeren Weg zurücklegen, um unser Ziel zu erreichen. Auftrag: Übertrage die Werte aus der vorherigen Aufgabe. Berechne zu jedem Neigungswinkel, wie gross die Arbeit ist. Neigungswinkel 90 Kraft (F) Weg (s) Arbeit (W) Neigungswinkel 60 Kraft (F) 0.25 Weg (s) Neigungswinkel 30 Kraft (F) 0.29 Arbeit (W) Weg (s) 0.5 Arbeit (W) 3 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 8. Sek Neigungswinkel Physik 20 Neigungswinkel Kraft (F) 10 Kraft (F) Weg (s) 0.73 Weg (s) Arbeit (W) 1.44 Arbeit (W) Erkenntnisse: Goldene Regel der Mechanik: c) Hangkraft und Weglänge 1m 400 20 100 0N 2m 4m 4 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 8. Sek Physik Regeln der schiefen Ebene: c) Beispiele für schiefe Ebenen im Alltag • • • 3 Fragen zur schiefen Ebene a) Sie hat keine Zahnräder, Wellen, Antriebsgestänge oder sonstige Teile, wie es sich für eine richtige Maschine gehört. Begründe, warum eine schiefe Ebene trotzdem als Maschine bezeichnet werden kann. b) Finde heraus, welche der folgenden schiefen Ebenen gleich steil sind. Die erste Zahl gibt die zu überwindende Höhe an, die zweite den zurückzulegenden Weg. Markiere, was zusammengehört, mit derselben Farbe. 20/40 25/75 40/120 45/90 30/90 40/80 c) Schrauben sind auch nichts Anderes als «aufgewickelte» schiefe Ebenen. Wie wirkt sich die Anzahl der Windungen auf die Kraft aus, die beim Schrauben aufgebracht werden muss? 5 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 4 8. Sek Physik Hebel Luca versteht die Welt nicht mehr. Leon ist doch viel leichter als er, wieso ist dieser aber mit der Wippe am Boden und Luca baumelt mit den Füssen in der Luft? Ganz einfach: Leon nutzt die Wippe als Maschine! a) Viel Kraft im kurzen Arm – 40 Führt zu zweit den Versuch 40 durch, notiere das Vorgehen sowie die benötigten Materialien und halte das Ganze in einer Skizze fest. Trage daraufhin die Ergebnisse in die Tabelle ein. Welche Erkenntnisse kannst du ziehen? Vorgehen: Materialien: 6 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 8. Sek Physik Skizze: Ergebnis: Gewichte an 1. Bohrung links vom Drehpunkt: Gewichte an 2. Bohrung links vom Drehpunkt: Last Lastarm La Kraftarm Ka 2N 3.2 cm 3.2 cm (1. Loch) 2N 3.2 cm 6.4 cm (2. Loch) 2N 3.2 cm 9.6 cm (3. Loch) 2N 3.2 cm 12.8 cm (4. Loch) 2N 3.2 cm 16 cm (5. Loch) Kraft Last Lastarm La Kraftarm Ka 2N 6.4 cm 3.2 cm (1. Loch) 2N 6.4 cm 6.4 cm (2. Loch) 2N 6.4 cm 9.6 cm (3. Loch) 2N 6.4 cm 12.8 cm (4. Loch) 2N 6.4 cm 16 cm (5. Loch) Kraft Gewichte an 5. Bohrung links vom Drehpunkt: Last Lastarm La Kraftarm Ka 2N 16 cm 3.2 cm (1. Loch) 2N 16 cm 6.4 cm (2. Loch) 2N 16 cm 9.6 cm (3. Loch) 2N 16 cm 12.8 cm (4. Loch) 2N 16 cm 16 cm (5. Loch) Kraft Erkenntnis: 7 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 8. Sek Physik Hebelgesetz: b) Der zweiseitige Hebel Der Drehpunkt liegt zwischen Last und Kraft. c) Der einseitige Hebel Last und Kraft liegen auf der gleichen Seite des Drehpunktes. 8 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 5 8. Sek Physik Fragen zum Hebel a) Wodurch unterscheidet sich der einseitige vom zweiseitigen Hebel? b) Auf der linken Seite einer Wippe sitzt ein Mädchen 2 vor der Drehachse entfernt. Ihr Bruder ist doppelt so schwer. Was geschieht, wenn er auf der rechten Seite im gleichen Abstand Platz nimmt? Wo muss er sich etwa hinsetzen, damit die Wippe waagrecht gehalten werden kann? c) Mit einer Schere soll ein dicker Karton durchgeschnitten werden. Du kannst die Schere entweder ganz vorne an der Spitze ansetzen oder weiter innen. Was ist günstiger? Begründe. d) Entscheide, ob es sich bei der Darstellung um einen einseitigen oder einen zweiseitigen Hebel handelt (das Richtige unterstreichen). Berechne anschliessend, was der Kraftmesser anzeigt. einseitiger Hebel zweiseitiger Hebel 1000 9 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 8. Sek Physik einseitiger Hebel zweiseitiger Hebel 1000 einseitiger Hebel zweiseitiger Hebel 400 e) Zwei Kinder sitzen auf einer Wippe, wobei das eine Kind (400 „schwer) 2 vom Drehpunkt entfernt sitzt. Wo muss ein 500 schweres Kind sitzen, damit Gleichgewicht herrscht? 10 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 6 8. Sek Physik Seil, Rollen und Flaschenzüge Ein Kran muss unglaublich schwere Lasten heben. Um dabei Kraft einzusparen, wird ein Flaschenzug eingesetzt, wobei ein Seil durch mehrere Rollen geführt wird, um die Kraft aufzuteilen. a) Ein Kran im Handbetrieb – 42 Führt zu zweit den Versuch 42 durch. Haltet kurz das Vorgehen und die benötigten Materialien fest. Macht eine Skizze von der Installation und notiert ergänzt eure Ergebnisse in der Tabelle. Welche Erkenntnisse könnt ihr aus den Ergebnissen ziehen? Vorgehen: Materialien: 11 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 8. Sek Physik Skizze: Ergebnis: Gewicht Ohne feste Rolle 2 (200 g) Mit fester Rolle 2 (200 g) Kraft Erkenntnis: 12 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 8. Sek Physik b) Lose Rollen fahren mit – 43 Führt den Versuch 43 durch und halte Vorgehen, Materialien, Skizze und Ergebnisse fest. Halte die Ergebnisse für die Aufgaben 3 und 4 unter «Aufgabe 3», bzw. «Aufgabe 4» fest. Aufgaben 1-2: Vorgehen: Materialien: Skizze: Ergebnis: Gewicht Kraftmesser 1 2 0.3 (Gewichte Rad) 2.3 Kraftmesser 2 2 0.3 (Gewichte Rad) 2.3 Kraft Erkenntnis: 13 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 8. Sek Physik Aufgabe 3: Eine lose Rolle wird mit einer festen Rolle kombiniert. Vermutung: Ergebnis: Gewicht Kraftmesser 1 2 0.3 (Gewichte Rad) 2.3 Kraftmesser 2 2 0.3 (Gewichte Rad) 2.3 Kraft Erkenntnis: Aufgabe 4: Es wird von Hand an der Schnur gezogen. Wie hoch wird die Last angehoben, wenn 10 cm Schnur ausgezogen werden? Ergebnis: 14 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 8. Sek Physik Regeln der Flaschenzüge: Last- und Kraftweg Feste Rolle Lose Rolle 15 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 7 8. Sek Physik Fragen zu Seil, Rollen und Flaschenzüge a) Ergänze in den Abbildungen die fehlenden Angaben. 1_ Rolle 1_ Rolle 1_ Rolle feste Rolle feste Rolle lose Rolle lose Rolle b) Der Bootsfahrer links zieht sich mit einer Kraft von 90 an Land. Mit welcher Kraft muss der Helfer auf der Hafenmauer im rechten Bild ziehen? 16 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen NMM 8. Sek Physik c) Ein Flaschenzug mit vier losen Rollen (8 Seilstücke) hebt nacheinander folgende Lasten: 12 N, 20 und 50 N. Berechne, mit welcher Kraft diese Lasten jeweils angehoben werden. d) Eine Last von 15 wird mit Hilfe von drei losen (6 Seilstücke) Rollen 45 cm angehoben. Wie lang sind der Kraft- und der Lastweg? Welche Kraft muss aufgebracht werden? e) Wenn der Kraftweg fünfmal so gross ist wie der Lastweg, wie viel Kraft konnte dann eingespart werden? 17 M. Allemann Einfache mechanische Maschinen