Informationsblatt 25: Übertragung von Bewegung

Publikation:	26.3.2009
Herkunft:	La main à la pâte, Paris

Aus den Lehrplänen

Erschwernisse durch den gängigen Sprachgebrauch

Siehe Informationsblatt 24: Hebel und Waagen, besonders den Abschnitt, den Begriff "Kraft" betreffend.

Erschwernisse aufgrund von vorgefassten Meinungen der Schüler

Hier ist nichts Besonderes zu bemerken. Im Gegenteil, die Schüler begreifen mechanische Geräte eher sehr gut: Sie entsprechen ihrer Art des Denkens über Ursache und Wirkung.

Ein paar Klippen an denen Beobachtung und Experiment scheitern könnten

Die Mechanik der Geräte sollte nicht isoliert betrachtet werden, sondern nur im Zusammenhang mit den realen Geräten, deren Nützlichkeit den Schülern ge­läu­fig ist. Es sollte unbedingt mit gutem Material gearbeitet werden. Das bedeu­tet, dass die Auswahl der Geräte, die gebaut werden können, von den Res­sour­cen der Schule abhängt.

Eine quantitative Untersuchung von Getrieben (umgekehrte Proportionalität von Umdrehungszahl und Anzahl der Zähne eines Zahnrads) geht über die Lehrpläne für die Grundschule hinaus. Eine eventuelle Vertiefung des Unter­richts in dieser Richtung sollte dem qualitativen Interesse an Getrieben nicht abträglich sein.

Kenntnisse

Die folgende Liste soll den Blick der Lehrer auf die Nützlichkeit der gebräuch­lichsten Mechaniken unterstützen.

Mechanik	Funktion	Verwendungsbeispiele
Einfache Rolle	Eine Bewegung so übertragen, dass die Richtung der Anstrengung (der Kraft) verändert wird, nicht aber ihre Intensität. Eine einfache Rolle ist hauptsächlich dazu da, dem Ar­beiter für seine Tätigkeit eine be­quemere Stellung zu ermög­li­chen.	Hebewerkzeug, Kran
Getriebe (zwei ineinandergrei­fende Zahnräder); Kraftübertragung durch Kettenge­triebe	Drehbewegungen übertragen und/oder umwandeln, so dass Anstrengung (Kraft) und Rota­tionsgeschwindigkeit verändert werden (in einer durch die ein­gesetzten Teile fest vorgegebenen Weise, siehe Abschnitt "Mehr zum Thema").	Bohrmaschine, Gangschaltung (Fahrrad), Salatschleuder, Kran, ... Stichsäge, Nähmaschine, ...
Pleuelstange und Kurbelwelle	Umwandlung einer Drehbewegung in eine linear oszillierende (hin- und hergehende) Bewegung und umgekehrt.	Motorkolben, ...
Antriebsritzel und Zahnstange	Umwandlung einer Drehbewegung in eine lineare Bewegung.	Zahnradbahn, Schleusen­to­re, Binokular, Mikroskop, ...

Mehr zum Thema

Die relevante physikalische Größe bei der Drehbewegung ist das Drehmo­ment. Es stellt in gewisser Weise "die Anstrengung (Kraft) dar, die eingesetzt werden muss, um etwas zu drehen". Die Lehrer sind in keiner Weise verpflich­tet, sich dieses Wissen anzueignen, und es ist auch nicht sinnvoll, die Schüler damit zu belasten.

Alle Mechanismen zur Übertragung von Bewegung übertragen auch Energie. Im Idealfall sind die Reibungsverluste zu vernachlässigen, und die herauskom­men­de Energie ist gleich der hineingesteckten Energie. In Wirklichkeit ist die herauskommende Energie immer etwas kleiner, ein Teil wird durch Reibung in Wärme umgewandelt.

Während die Energie erhalten bleibt, ändern sich die anderen physikalischen Parameter sehr wohl (ausgeübte Kraft, Rotationsgeschwindigkeit). Zum Bei­spiel hat man im Fall des Getriebes zwei Möglichkeiten: Wenn man das große Zahnrad (Eingangsrad) dreht, um das kleine (Ausgangsrad) zu bewegen, er­höht man die Rotationsgeschwindigkeit und reduziert das Drehmoment. Nimmt man umgekehrt ein kleines Zahnrad als Eingangsrad und ein großes am "Aus­gang", so erhält man ein größeres Drehmoment und eine kleinere Drehge­schwin­digkeit. Dies lässt sich leicht an der Konstruktion eines Krans zeigen: Wenn man eine große Last heben will, verkleinert man nach Möglichkeit das Eingangszahnrad und vergrößert das Ausgangsrad. Die Hebegeschwindigkeit wird dadurch natürlich kleiner. Es ist grundsätzlich unmöglich, an beiden Fron­ten zu gewinnen.

Einsatz der Kenntnisse in anderen Zusammenhängen, verwandte Begriffe

• Informationsblatt 24: "Hebel und Waagen": Hebel
• Informationsblatt 16: "Energie"

Letzte Aktualisierung: 29.11.2023