Flaschenzug
Grundprinzip
Basiswissen
Ein Flaschenzug ist eine Maschine aus Rollen und Seilen. Es gibt eine Seite, an die man eine Last an ein Seil hängt und eine Seite, an der man zieht. Hier wird das Funktionsprinzip in der einfachst möglichen Form erklärt.
Elementarer Flaschenzug
- Man stelle sich ein Gewicht vor, zum Beispiel einen großen schweren Holzwürfel.
- An seiner oberen Seite ist eine Rolle angebracht, durch die ein Seil führt.
- Die beiden Seilenden fasst man mit der rechten Hand an und hält damit den Würfel in der Luft.
- Der Würfel hängt dann an beiden Seilen nach unten, die rechte Hand trägt die gesamte Last.
- Nun lässt man das linke Seilende von der linken und das rechte Seilende von der rechten Hand halten.
- Jede Hand trägt jetzt die Hälfte der gesamten Last. Die rechte Hand hat nur die halbe Last wie vorher.
- Nur befestige man gedanklich das linke Seilende an der Decke: immer noch hat die rechte Hand nur die halbe Last.
- Das Grundprinzip des Flaschenzuges ist: die tragende Last wird auf mehrere haltende Seile verteilt.
Benötigt man zwingend Rollen?
Nein: obwohl fast alle tatsächlich gebauten Flaschenzüge Rollen haben, benötigt man für das eigentliche physikalische Wirkprinzip keine Rollen. Sie machen erst dann Sinn, wenn man einen Falschenzug bewegt: an den Rollen wird das Seil umgelenkt. Bewegt man das Seil, läuft über diese Umlenkstelle hinweg. Dabei möchte man meistens möglichst wenige Reibungskräfte verursachen. Zudem soll das Seil nicht zu eng geknickt werden. Das könnte zum einen das Seil durch Knicken beschädigen. Zum anderen benötigt das Knicken auch wieder Kräfte. Mit Rollen kann man die Reibung sehr gering halten und gleichzeitig die Seile in einem weiten Bogen umlenken. Hat man sehr weiche Seile und kann man die Reibungkräfte zum Beispiel durch Schmierung mit Öl gering halten, dann kann man statt einer Umlenkrolle auch einen Nagel oder Stab benutzen.
Wie wirkt sich Bewegung aus?
Kurz gesagt: gar nicht. Bewegt man eine Last mit konstanter (immer gleicher) Geschwindigkeit auf- oder abwärts, dann ist die Kraft genau dieselbe, die man auch bräuchte, wenn man die Last nur festhält. Das wirkt zunächst paradox, kann aber erklärt werden. Zieht man beispielsweise die Kraft nach oben, dann hat sie eine bestimmte Trägheit in ihrer Bewegung. Diese Trägheit kann man sich in der Wirkung so vorstellen, als würde sie mit nach oben schieben. Nur während der Beschleunigung oder des Bremsens benötigt man bei einer Bewegung mehr Kraft als im Stillstand. Bei realen Flaschenzügen ist die Beschleunigung aber meist so gering, dass der Unterschied vernachlässigt werden kann.
Was ist die Goldene Regel der Mechanik?
Nach der goldenen Regel der Mechanik gilt, dass man an der Lastseite n mal so weit ziehen muss, wie sich das Gewicht auf der Lastseite anhebt. Die Zugstrecke s ist das n-fache des Hebeweges h.
Welche Bauarten unterscheidet man?
Um die Kräfte zu berechnen, muss man erst wissen, um welche Flaschenzugart es sich handelt. Die zwei bekanntesten und häufigsten Arten von Flaschenzügen sind:
- Meist nur ein Haken an der Decke Faktorenflaschenzug ↗
- Mehrere Haken an der Decke Potenzflaschenzug ↗
Einfache Versuche zur Flaschenzügen
Flaschenzüge lassen sich mit einfachsten Mitteln als Tischexperiment oder auch an einer Tafel bauen. Dabei werden viele der physikalischen Phänomene deutlich und mathemtaischen Zusammenhänge leicht begreiflich.
- Tischversuch Kiste 25 linearer Flaschenzug ↗
- Tischversuch Containerbrücke (proportional) ↗
- Tischversuch Containerbrücke (linear) ↗
