Arbeitsblatt: Kräfte sparen

Natur und Technik Mechanik Klasse 2Ea 2026 Name:_ Punkte / 48P 14. Januar Erziehungsberechtige: Note Aufgabe 1 5P a. Wie lautet das Hebelgesetz? b. Die Hebelarme sollen im Gleichgewicht sein. Zeichne mit rot die Stelle an, wo die Last angehängt werden muss. F1 100 Last 20 kg F1 12 Last 0.8 kg c. Zeichne die Drehpunkte mit rot ein, wenn sich die Hebel im Gleichgewicht befinden. Aufgabe 2 6P a. Zeichne den Kraftarm, den Lastarm und den Drehpunkt ein. Handelt es sich um einen zwei- oder einen einseitigen Hebel? In welcher Entfernung der Drehachse muss sich die Mutter (m Mutter 65kg) auf die Schaukel setzen, wenn die Masse ihres Sohnes Sohn30kg beträgt. b. Berechne die Masse von dem Jungen B. c. Entscheide, welches der Bilder ein einseitiger Hebel darstellt und zeichne dort Last- und Kraftkraft und den Drehpunkt ein. Aufgabe 3 6P Kreuze korrekte Aussagen an. Eine Last mit der Gewichtskraft von 2500 wird von einer entsprechenden Kraft im Gleichgewicht gehalten. Welche Kraft wirkt auf den Deckenhaken, wenn die Rolle selbst eine Gewichtskraft von 100 ausübt? Auf den Deckenhaken wirkt eine Kraft von etwa 1350 N. .O Auf den Deckenhaken wirkt eine Kraft von etwa 5200 N. .O Auf den Deckenhaken wirkt eine Kraft von etwa 6000 N. .O Auf den Deckenhaken wirkt eine Kraft von etwa 5100 N. 2500N .O Auf den Deckenhaken wirkt eine Kraft von etwa 2600 N. .O An einer losen Rolle hängt eine Last mit der Gewichtskraft von 200 (Abbildung). Die Rolle selbst übt eine Gewichtskraft von 10 aus. Was zeigt jeder einzelne Kraftmesser an? Jeder Jeder Jeder Jeder Jeder der der der der der beiden beiden beiden beiden beiden Kraftmesser Kraftmesser Kraftmesser Kraftmesser Kraftmesser zeigt zeigt zeigt zeigt zeigt 100 210 110 200 105 N N anO an. O an. O an. O an. O An der abgebildeten Kombination von Rollen herrscht Gleichgewicht. Wie gross ist die Gewichtskraft der Last? Die Gewichtskraft der Last beträgt 65 N. Die Gewichtskraft der Last beträgt 100 N. Die Gewichtskraft der Last beträgt 105 N. . Die Gewichtskraft der Last beträgt 45 N. . Die Gewichtskraft der Last beträgt 130 N. Welche Kraft zeigt der Kraftmesser im abgebildeten Versuch an? (D: Drehpunkt) Der Kraftmesser Der Kraftmesser Der Kraftmesser Der Kraftmesser Der Kraftmesser zeigt zeigt zeigt zeigt zeigt eine eine eine eine eine Kraft Kraft Kraft Kraft Kraft von von von von von 4 an. . 36 an. . 12 an. . 24 an. . 6 an. . O O Finde den richtigen Satz! Wenn der Kraftarm länger ist als der Lastarm, brauchen wir weniger Kraft, um eine Wippe ins Gleichgewicht zu bringen. Wenn der Kraftarm länger ist als der Lastarm, brauchen wir mehr Kraft, um eine Wippe ins Gleichgewicht zu bringen. Der Kraftaufwand beim Hochziehen einer Last wird durch eine feste Rolle kleiner. Durch die lose Rolle spart man keine Kraft, es ändert einzig die Richtung der Kraft. Kreuze die richtigen Aussagen an. Beim Hochtragen eines Koffers auf einer Treppe wird am Koffer Arbeit verrichtet. Beim Runterfallen eines Koffers aus dem Gepäcknetz wird am Koffer Arbeit verrichtet. Beim Tragen eines Koffers auf ebener Strasse wird am Koffer Arbeit verrichtet. Beim Schieben eines Koffers auf ebener Strasse wird am Koffer Arbeit verrichtet. Aufgabe 4 Was bringt die feste Rolle für einen Vorteil? 3 Welche Kraft muss man hier für das 6 kg Gewichtsstück aufwenden? Wie viel Seil muss man einziehen, um das Gewicht um 50cm zu heben? Aufgabe 5 3P Berechne die benötigte Kraft in Newton. Aufgabe 6 6P An einem Flaschenzug mit insgesamt acht Rollen (4 feste und 4 lose) wird ein Balken (80 kg) hochgezogen. a. Zeichne den Flaschenzug mit Balken (nicht zu klein zeichnen)! b. Wie viel Kraft benötigt man, um den Balken hochzuziehen? c. Wie viel Kraft benötigt man, wenn man wegen der Reibung der Rollen zusätzlich 20% Kraft einsetzen muss? (Wenn du a. nicht gelöst hast, nimm 50N) d. Welche Arbeit muss verrichtet werden, wenn der Balken um 35m hochgehoben werden soll? (Reibung vernachlässigen Wenn du a. nicht gelöst hast, nimm 50N) e. Wie viele Meter muss man am Seilende ziehen, wenn die Last um diese 35 hochgehoben werden soll. f. Warum muss auch mit dem Flaschenzug immer noch die gleiche Arbeit verrichtet werden? Aufgabe 7 1.5 Berechne die Kraft am Zugseil, wenn die Last 2400 beträgt. Aufgabe 6 4.5P Fredl, der Senner, muss zwei Käsekessi vom Spycher zum Bauernhof tragen. Das erste hat die Masse m1 36 kg, das zweite eine Masse von m2 24 kg. Er hängt sie an einen Balken, der eine Länge von 1.5 hat, über die Schulter, so dass er beide Kessi auf einmal tragen kann. a. Welche Gewichtskraft muss Fredl selber aufwenden, um die ganze Masse zu tragen, wenn wir davon ausgehen, dass der Balken selber auch eine Masse von 1 kg aufweist? b. Fredl hängt den leichteren Kübel (m2) ganz aussen an den Balken. Wo muss Fredl das schwerere Kessi (m1) anhängen, wenn er den Balken genau in der Mitte auf seine Schulter legen möchte? (Hier wird das Gewicht des Balkens ausser Acht gelassen) c. Jetzt hängt er beide Kessi ganz aussen an die Enden des Balkens. Wo muss Fredl jetzt den Balken auf die Schulter legen, um die Kessi im Gleichgewicht zu halten? (Hier wird das Gewicht des Balkens ausser Acht gelassen) Aufgabe 9 2.5P In welchen Bildern wird mechanische Arbeit verrichtet? Kreuze an. Aufgabe 10 2P Nenne je ein Beispiel, bei denen du im physikalischen Sinn. in dieser Prüfung) a. Arbeit verrichtet hast. (andere als auf den Bildern b. keine Arbeit verrichtet hast. Aufgabe 12 4.5P Es sind Ferien, und du bist unterwegs Richtung Italien. Auf deiner Reise erlebst du so einiges, was dich zum Nachdenken bringt . a. Auf der Hinreise liegt ein riesiges Hochgebirge vor dir die Alpen. Die Straße schlängelt sich den Berg hinauf. Du fragst dich, warum es sich die Menschen so schwer machen. Warum nicht einfach geradeaus und hoch auf den Berg? Erkläre, warum Serpentinen (schlangenförmige Straßen an einem Berghang) durchaus sinnvoll sind. b. In Italien besuchst du einen der schönsten Kletterorte das Val di Mello. Schon von weitem siehst du die Kletternden in den Seilen hängen. Als du deine Ausrüstung abholen möchtest, steht jemand neben dir und fragt die Kletterlehrerin: Wozu braucht man eigentlich die Rollen? Würde nicht auch ein ganz normales Seil reichen? Erläutere den Nutzen von Rollen in einer Kletterausrüstung und nimm damit die Antwort der Kletterlehrerin vorweg. c. Am Strand beobachtest du zwei Kinder, die versuchen, einen größeren Stein auszugraben. Das eine Kind (Kind A) versucht von oben zu ziehen, während das andere (Kind B) mit einer Schaufel seitlich ansetzt und den Stein so zu bewegen versucht. Gib an, welches Kind hier mit der erfolgversprechenderen Methode arbeitet. Begründe deine Entscheidung. Aufgabe 13 4P Herr Listig (FL 1000 N) fordert Opa Schlaumeier (FS 600 N) zu einem Flaschenzugduell heraus. Wer gewinnt das Duell, wenn jeder seine Gewichtskraft als Zugkraft einsetzt? Begründe deine Antwort. Reibung und Rollengewicht sind zu vernachlässigen. Serpentinen sind ein Beispiel für die Goldene Regel der Mechanik. Genauer gesagt handelt es sich hier um nichts anderes als um eine schiefe Ebene. Fährt man mit einem Auto entlang der Serpentinen, dann legt man dabei zwar einen längeren Weg zurück, muss aber gleichzeitig auch weniger Kraft aufwenden. Würde man also einen direkteren Weg den Berg hinauf wählen, wäre der Weg zwar kürzer, es müsste aber auch deutlich mehr Kraft aufgewendet werden, um eine bestimmte Höhe zu erreichen. Physikalisch gesehen wäre der schnellste Weg, das Auto einfach senkrecht nach oben auf den Berg zu heben. Dies wäre dann der Weg kürzeste Weg, aber mit maximaler Steigung. Dann müsste aber nach der Goldenen Regel auch eine sehr große Kraft am Auto angreifen, was in der Realität nicht umzusetzen ist. b) Ein ganz wichtiger Teil einer Kletterausrüstung sind verschiedene (lose und feste) Rollen. Diese bilden einen Flaschenzug, der als Kraftwandler fungiert. Der Flaschenzug wird verwendet, um die kletternde Person zu sichern. Hierbei kommt die Goldene Regel der Mechanik zum Tragen: Um den Kletternden nach oben zu befördern, muss dank der Rollen nicht dessen gesamtes Körpergewicht vom Sichernden kompensiert werden, sondern nur ein Teil davon. Die aufzubringende Kraft ist also geringer. Gleichzeitig muss aber der SIchernde das Seil weiter ziehen als der Kletterende angehoben wird. Der Weg ist also länger. c) Die Methode von Kind ist erfolgsversprechender, weil dieses Kind (vermutlich instinktiv) die Goldene Regel der Mechanik ausnutzt. Durch seitliches Ansetzen der Schaufel wird der Weg, der zurückgelegt werden muss, um den Stein nur ein kleines Stück zu bewegen größer. Gleichzeitig jedoch muss weniger Kraft aufgewendet werden. Kind dagegen muss die volle Gewichtskraft des Steines (und die Reibungskraft des Steines mit dem Sand) mit der eigenen Hubkraft kompensieren.