Eine Lektion zur Einführung einfacher Maschinen

Sechs einfache Maschinenhebel, Räder und Achsen, schiefe Ebenen, Keile, Riemenscheiben und Schrauben haben entweder ein oder gar kein bewegliches Teil. Einfache Maschinen bieten einen mechanischen Vorteil, d.h. sie vervielfachen die Muskelkraft des Benutzers und machen es so schwerere Gegenstände leichter zu schieben oder zu ziehen, sie anzuheben oder die Richtung der Gegenstände zu ändern gerührt.

Hebel bestehen aus zwei Teilen: einer Stange zum Drücken und Ziehen und einem Drehpunkt, der als Drehpunkt für die Stange dient und die Kraft verringert, die die Stange zum Anheben eines Objekts benötigt. Es gibt drei Klassen von Hebeln. Der erstklassige Hebel (z. B. ein Wippen) hat einen Drehpunkt in der Mitte. Die Schubkarre ist ein Beispiel für einen Hebel zweiter Klasse, der seinen Drehpunkt am anderen Ende der Stange hat. Hebel der dritten Klasse (d. h. Unterarme, Angelruten) haben einen Drehpunkt am nahen Ende der Stange, der der Person am nächsten ist, die den Hebel verwendet.

Das Rad und die Achse erleichtern das Bewegen von Gegenständen oder Lasten auf dem Boden, ohne sie schleppen zu müssen. Eine Art von Rad und Achse transportiert das Objekt in die gleiche Richtung wie sich die Räder bewegen, wie zum Beispiel Rollschuhe oder Rollstühle. Die andere Art von Rad und Achse (z. B. Türknauf) ist stationär und funktioniert eher wie ein Hebel.

Geneigte Ebenen sind gerade, schräge Flächen mit einem Ende höher als das andere. Beispiele sind Rampen, Einfahrten und Treppen. Sie erleichtern die Arbeit, da eine Last mit weniger Kraftaufwand die Rampe hinaufbewegt werden kann. Der Kompromiss besteht darin, dass die Last über eine größere Distanz bewegt werden muss, um sie auf die nächste Ebene zu bringen.

V-förmige Keile sehen schiefen Ebenen ähnlich, funktionieren aber anders. Der Keil kann auf eine von drei Arten arbeiten. Schaufeln arbeiten beispielsweise durch das Heben schwerer Gegenstände, eine Axt hebt zwei Teile eines Baumstamms auseinander und ein Türstopper verhindert, dass sich eine Tür bewegt.

Eine Riemenscheibe besteht aus einem Seil, Riemen oder einer Kette, die in die Nut eines Rades eingepasst werden. Es funktioniert, indem es den Kraftaufwand oder die Kraftrichtung verringert, die zum Anheben eines Objekts erforderlich ist. Eine einzelne, feste Rolle wie ein Fahnenmast ändert die Kraftrichtung, die zum Heben der Fahne erforderlich ist. Eine Mehrfachrolle verringert den notwendigen Kraftaufwand, indem die Kraft auf zwei, drei oder vier angebrachte Rollen verteilt wird. Der Kompromiss: Die Erhöhung der Anzahl der Umlenkrollen bedeutet, dass der Weg, den das Seil, die Kette oder der Riemen zurücklegen müssen, vergrößert wird und somit länger werden muss.

Schrauben sind schiefe Ebenen, die sich spiralförmig um eine Mittelsäule drehen. Schrauben und Glühbirnen erfordern beide, dass auf ein Ende eine drückende, verdrehende Kraft ausgeübt wird. Dies befestigt eine Schraube in Holz oder eine Glühbirne in einer Fassung. Eine Schraube mit breiteren Gewinden (Spiralrampen) erfordert mehr Kraft, um sie zu drehen. Engere Gewinde erfordern weniger Kraftaufwand, erfordern jedoch viel mehr Drehen.