Einfache Maschinen – Hebel, Riemenscheibe, schiefe Ebene, Rad und Achse und Schraube – erfüllen alle die gleiche grundlegende Aufgabe: Sie ermöglichen es Ihnen, Distanz gegen Kraft einzutauschen, sodass mit geringerem Kraftaufwand eine größere Last bewegt werden kann. Dieser Rechner berechnet den mechanischen Vorteil (MA) für jede der fünf klassischen einfachen Maschinen, die ideale Kraft, die eine bestimmte Last erfordert, und wie Reibung diesen Vorteil in einer realen Maschine verringert.

So funktioniert der Mechanical Advantage-Rechner

Jede einfache Maschine hat ihre eigene Formel für den idealen mechanischen Vorteil (IMA), die alle auf demselben Grundprinzip beruhen: dem Verhältnis zweier Längen (oder einer Zählung bei Riemenscheiben). Ein Hebel vergleicht die Länge des Kraftarms mit der Länge des Lastarms; eine schiefe Ebene vergleicht die Rampenlänge mit der Höhe; ein Rad und eine Achse vergleicht den Radradius mit dem Achsradius; Eine Schraube vergleicht den Umfang, den der Drehgriff nachzeichnet, mit der Steigung des Gewindes. und der MA eines Flaschenzugsystems ist einfach die Anzahl der Seilsegmente, die die Last tragen.

Sobald der Rechner den MA kennt, wendet er die universelle Beziehung zwischen Last, Kraft und mechanischem Vorteil an – Last = Kraft × MA –, um die Kraft zu berechnen, die zum Bewegen einer bestimmten Last erforderlich ist, unter der Annahme einer idealen, reibungsfreien Maschine.

Eingaben und was sie bedeuten

Maschinenspezifische Abmessungen: Jeder Maschinentyp fragt nach den Längen (oder der Anzahl), die seinen MA bestimmen – welche genau das sind, sehen Sie im Abschnitt „Formel“ oben. Die richtigen Messungen sind wichtiger als der Lastwert, da MA ein reines Maßverhältnis ist.

Last (N): die Kraft, die Sie zu überwinden versuchen – das Gewicht eines Objekts, der Widerstand eines festsitzenden Bolzens oder ähnliches. Wenn Sie eine Masse nur in Kilogramm kennen, multiplizieren Sie sie mit 9,8 m/s², um Newton zu erhalten.

Effizienz (%): Auf der Registerkarte „Effizienz“ gibt dies an, wie viel von Ihrem Eingabeaufwand durch Reibung verloren geht. Gut geschmierte, gut gebaute Maschinen können einen Wirkungsgrad von über 90 % erreichen; Bei rauen Aufbauten mit hoher Reibung (rostige Riemenscheibe, trocken montierte Rampe) kann der Wert deutlich unter 70 % sinken.

Grenzen und Randfälle

Dieser Rechner berechnet den idealen mechanischen Vorteil allein aus der Geometrie; Es modelliert nicht die physische Masse oder Form der Maschine selbst, sondern nur die Verhältnisse, die die Hebelwirkung bestimmen. Bei Flaschenzügen geht man von der Standardkonvention aus, dass MA der Anzahl der Seilsegmente entspricht, die die Last tragen – einige Flaschenzugdiagramme zählen anders, je nachdem, an welchem ​​Segment Sie ziehen, also vergleichen Sie es noch einmal mit dem Diagramm, mit dem Sie arbeiten.

Auf der Registerkarte „Effizienz“ hat ein Wirkungsgrad von 0 % keinen sinnvollen tatsächlichen mechanischen Vorteil (der Rechner zeigt kein Ergebnis an), da eine vollständig verlustbehaftete Maschine die Last in der Praxis überhaupt nicht bewegen würde. Echte Maschinen mit mehreren gleichzeitigen einfachen Maschinen (z. B. ein Getriebezug in Kombination mit einem Hebel) erfordern die Multiplikation der MA jeder Stufe miteinander – dieser Rechner verarbeitet jeweils eine Maschine.