Erwägen Sie den Bau eines Wolkenkratzers. Oder auch nur ein zweistöckiges Haus. Um an die Spitze zu gelangen, sind große Mengen schwerer Steine und Beton erforderlich. Es gibt keinen elektrischen Kran. Was machst du?
Früher war die Antwort ein Flaschenzugsystem. Es ist nicht schön. Es war anstrengend. Aber es hat funktioniert. Die meisten Leute vermissen das. Moderne Autokrane nutzen immer noch genau das gleiche Prinzip. Es hat sich im Laufe der Jahrhunderte nicht verändert.
Das Wort „Flaschenzug“ kommt vom deutschen Wort „Flaschenzug“. Wenn Sie das sehen, denken Sie vielleicht an eine Glasflasche. das ist es nicht. In diesem Fall ist die „Flasche“ einfach das Gehäuse eines oder mehrerer Räder oder Rollen. Wickeln Sie das Seil um sie. das ist es. Einfache geometrische Formen erledigen die schwere Arbeit.
Der einfache Flaschenzug erklärt
Schauen wir uns die Grundeinstellungen an. Stellen Sie sich vor, Sie hätten zwei Räder.
Ein Rad ist oben an einem Balken befestigt. Es bewegt sich nicht. Das andere Rad ist locker. Es hängt herunter. Befestigen Sie einen schweren Gegenstand wie einen Stein, einen Balken oder eine Person an den losen unteren Rädern.
Jetzt nimm das Seil. Binden Sie ein Ende am festen oberen Rad fest. Ziehen Sie das Seil unter dem losen Rad nach unten und zurück über das feste Rad. Vom oberen Rad hängt das Seil nach unten. Dies ist der richtige Ort zum Ziehen.
Sie können Ihre Muskeln zum Ziehen nutzen. Oder ein Pferd. Oder eine Kuh. Oder der Motor. Die Quelle der Kraft ändert nichts an den Prinzipien der Physik.
Die Mathematik der Anstrengung
Hier wird es interessant. Nehmen wir an, Sie ziehen das Seil nach unten. Du ziehst es genau zwei Meter. Diese Zugstrecke wird Kraftweg (ursprünglich Kraftweg ) genannt.
Wie viel Belastung verträgt es?
1 Meter.
Nur einer.
Warum? Denn das Seil ist zwischen den beiden Rädern zur Hälfte gefaltet. Die Spannung im Seil trägt das Gewicht. Die Last wird auf die beiden Seilteile aufgeteilt. Daher müssen für jeden Meter Anstieg 2 Meter Seil gezogen werden.
Das ist kein Fehler. Dies ist eine Funktion.
Die goldene Regel der Mechanik
Dieser Kompromiss folgt dem, was Physiker die „Goldene Regel der Mechanik“ nennen.
Die Regeln sind einfach. Umsonst bekommt man nichts. Wenn Sie die zum Heben erforderliche Kraft reduzieren möchten, müssen Sie eine Entfernungsstrafe zahlen.
Sie geben Distanz auf, um Kraft zu gewinnen.
Zieht man das Seil doppelt so weit wie die Last reicht, ist nur die halbe Kraft nötig, um die Last anzuheben. Wenn der Stein 1000 Kilogramm wiegt, müssen Sie nur die Kraft aufwenden, die dem Heben von 500 Kilogramm entspricht. Es ist immer noch sehr schwer. Aber es kann erhöht werden.
Ohne diesen mechanischen Vorteil wären viele Bauaufgaben unmöglich. Wir verlassen uns auf diese einfache Anordnung von Rädern und Seilen, um Gegenstände zu bewegen, die sonst zerkleinert werden müssten. Das ist keine Zauberei. Es ist nur Geometrie. Und es hält noch heute unsere Gebäude aufrecht.
