Flaschenzug (Übungsvideo) 05:25 min

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Transkript Flaschenzug (Übungsvideo)

Hallo, ich bin euer Physik Siggi! Heute geht es um den Flaschenzug. Ich werde Euch kurz das Prinzip des Flaschenzugs erklären, die nötigen Formeln zeigen und alles anhand einiger Beispiele mit Euch einüben. Ihr benötigt dazu lediglich Wissen über die Gewichtskraft und über die goldene Regel der Mechanik. Um ein eigentlich sehr schweres Objekt, wie z. B. dieses Auto, mit geringer Kraft zu heben, kann man sich eine geschickte Maschine bauen. Man befestigt das Auto an 2 oder mehreren Seilen, sodass sich die Gewichtskraft des Autos auf alle Seile verteilt. Befestigt man nun diese Seilenden mithilfe von Rollen so, dass man nur an einem Seilende ziehen muss, obwohl das Auto von 2 Seilstücken nach oben gezogen wird, so benötigt man nur noch die halbe Kraft. Das Gewicht hat sich auf beide Seilstücke verteilt. Somit hat sich die Kraft, mit der ich ziehen muss, halbiert. Ein Beispiel: Wir haben einen 10 kg schweren Stein, der nach oben gezogen werden soll. Seine Gewichtskraft beträgt nach Kraft = Masse × Fallbeschleunigung etwa 100 Newton. Wird der Stein von genau einem Seil gehalten und ziehe ich am selben, so muss ich demnach genau 100N ziehen, also ist die Zugkraft gleich der Gewichtskraft. Befestige ich nun die Seile so, dass 2 Seilstücke am Stein ziehen, hier Seilstück a und b, so verteilt sich die Gewichtskraft auf beide Seilstücke. Da ich nur an einem der beiden ziehe und das andere die Haltekraft der Decke ausnützt, muss ich auch nur mit halber Kraft ziehen. Mit einer weiteren Rolle kann man 3 Seilstücke ziehen lassen, wobei ich selbst wiederum nur an einem Stück ziehe. Das Gewicht des Steins verteilt sich also auf 3 Teile und ich muss nur mit 1/3 der Kraft ziehen. Man kann den Flaschenzug auch mit 4 Seilstücken bauen. Hier wird die Kraft geviertelt. Ihr seht also, je mehr Seile man hat, desto weniger Kraft benötigt man. Wichtig dabei ist, dass ihr die goldene Regel der Mechanik beachtet: Die Kraft ist indirekt proportional zum Weg. Wenn sich die Kraft halbiert, so wird der Weg, den ich ziehen muss, doppelt so lang. Ihr kennt dies beim Hinaufradeln eines Berges. Entweder fahrt ihr direkt und steil hinauf, also mit viel Kraft und wenig Weg, oder ihr fahrt die flachen Serpentinen hoch, also mit wenig Kraft, aber dafür mit viel Weg. Die Arbeit, die ihr leisten müsst, bleibt dabei gleich. Dasselbe gilt beim Flaschenzug: Ziehe ich mit halber Kraft, so muss ich doppelten Weg ziehen. Im 1. Fall ist die Zugstrecke SZ genauso lang wie die Strecke des Steins SG. Im 2. Fall ziehe ich mit halber Kraft. Die Zugstrecke muss also doppelt so lang sein als die Strecke, die der Stein bewegt wird. Im 3. Fall ist Zugstrecke 3× so lang, im 4. Fall 4× so lang. Wenn sich der Stein z. B. 5 cm nach oben bewegt hat, sind ja alle 4 Seilstücke um 5 cm kürzer geworden. Also musste ich 20cm Seil am letzten Ende nachziehen. Noch mal zur Wiederholung: An einem Ende wird gezogen, jedoch wurde das Seil so gewickelt, dass insgesamt 4 Seilstücke das Gewicht ziehen, sich die Zugkraft also geviertelt hat, jedoch die zu ziehende Länge vervierfacht hat. Es gibt noch weitere Beispiele: der Potenzflaschenzug. Hier haben wir 3 lose Rollen. Zunächst wird an Rolle 1 die Kraft halbiert, dann an Rolle 2 die halbe Kraft halbiert und an Rolle 3 die Hälfte der halben Kraft noch mal halbiert. Bei 3 losen Rollen wird also die Kraft 3 mal halbiert. Bei n losen Rollen wird also die Kraft n mal halbiert. Nach der goldenen Regel der Mechanik wird der Weg dann allerdings auch entsprechend länger, er wird n mal verdoppelt. Aufgrund der Potenz in der Formel wird dieser Flaschenzug Potenzflaschenzug genannt. Was haben wir gelernt? Die zu ziehende Gewichtskraft ist die Masse × Fallbeschleunigung. Die Arbeit ist die Kraft × Weg. Die Kraft ist also indirekt proportional zum Weg. Beim 1. Flaschenzug, dem sogenannten Faktorenflaschenzug, ist die Zugkraft gleich der Gewichtskraft des Steins geteilt durch die Anzahl der Seilstücke. Jedoch ist die Strecke, die man ziehen muss, gleich der Strecke, die der Stein gezogen wird mal die Anzahl der Seilstücke. Beim Potenzflaschenzug ist die Zugkraft gleich der Gewichtskraft geteilt durch 2 hoch der Anzahl an losen Rollen. Genauso ist die zu ziehende Strecke gleich der Strecke, die der Stein zurücklegt mal 2 hoch der Anzahl an losen Rollen. Demnach lässt sich beim Potenzflaschenzug die Zugkraft mit weniger Aufwand verringern, jedoch müssen wir dann auch länger ziehen. Ich hoffe, Ihr könnt nun im Alltag einen Flaschenzug erkennen. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!        

50 Kommentare
  1. Default

    :)

    Von Cyanoo, vor etwa einem Monat
  2. Default

    Super Video :) :) :-)

    Von Cyanoo, vor etwa einem Monat
  3. Karsten

    Hallo Melanie,

    es kommt auf die Anzahl der tragenden Seile an. Zeichne den Aufbau auf und zähle dann die Seile, die die Last halten. Das Zugseil darfst du dabei nur mitzählen, wenn es von unten nach oben zeigt.
    Wenn das 6 Stück sind, dann brauchst du nur ein Sechstel der Zugkraft.

    Liebe Grüße aus der Reaktion.

    Von Karsten Schedemann, vor etwa 2 Monaten
  4. Default

    super video
    bei sechs rollen mit der sechstel kraft ziehen oder
    ???

    Von Melanie Obach, vor etwa 2 Monaten
  5. Default

    super video
    bei sechs rollen mit der sechstel kraft ziehen oder
    ???

    Von Melanie Obach, vor etwa 2 Monaten
  1. Albrecht

    Hallo Sabin, versuch mal dieses Video:
    https://www.sofatutor.com/physik/videos/arbeit-formen-und-anwendungen
    Liebe Grüße aus der Redaktion

    Von Albrecht Kröner, vor 3 Monaten
  2. Default

    danke für das video. es hat mir sehr geholfen alles zu verstehen

    Von Simonahome, vor 3 Monaten
  3. Default

    ich find das video zur goldenregel nicht

    Von Sabin, vor 3 Monaten
  4. Default

    Richtig Geiles Video 👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻👌🏻👌🏻👌🏻👌🏻👌🏻👌🏻👌🏻

    Von Jan F., vor 3 Monaten
  5. Default

    Hääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääää!?!?!? Passt gar nicht zur Schule!!!!!!!!

    Von Joshua B., vor 4 Monaten
  6. Default

    hat echt geholfen

    Dankeschööööööööööööön

    Von Thomas Anja Schmidt, vor 4 Monaten
  7. Default

    Sehr schön erklärt, hat mir ziemlich geholfen.
    Dankeschön

    Von Louis E., vor 5 Monaten
  8. Karsten

    @Nico K,
    sollte nun etwas eindeutiger sein.

    Liebe Grüße aus der Redaktion

    Von Karsten Schedemann, vor 6 Monaten
  9. O %2812%29

    Da ist ein schreibfehler der Flaschenzug erschwehrt doch nicht das heben von lasten

    Von Nico K., vor 6 Monaten
  10. Karsten

    @Goerl Sabine,

    bei uns funktioniert es. Bitte lade die Seite neu. Falls das nicht hilft, kann es sein, dass du deinen Browser updaten musst.

    Liebe Grüße aus der Redaktion

    Von Karsten Schedemann, vor 7 Monaten
  11. Default

    Geht es nur mir so oder ist das Video einfach nur ein schwarzer Bildschirm?

    Von Goerl Sabine, vor 7 Monaten
  12. Default

    Gut erklärt👍 hoffe es klappt morgen

    Von Leni S., vor etwa einem Jahr
  13. Default

    Es hat mir sehr geholfen, das Thema zu verstehen. Danke!

    Von Emilialuenser, vor mehr als einem Jahr
  14. Default

    sehr kompliziert dargestellt aber trotzdem hilfreich

    Von Pascal H., vor mehr als einem Jahr
  15. Default

    Super erklärt! Jetzt kann ich es wirklich. Mal schauen ob es morgen in der Schule hilft

    Von Ela Y., vor mehr als einem Jahr
  16. Default

    klasse !

    Von Ilja Parfilov, vor fast 2 Jahren
  17. Penguins

    Danke, es hat mir sehr geholfen!

    Von Antonia F., vor etwa 2 Jahren
  18. Default

    Danke dir, das Video hat mir sehr geholfen.

    Von Olga Aachen75, vor mehr als 2 Jahren
  19. Karsten

    @Ekr

    Ein Kran ist eine Maschine, die jedoch einen Flaschenzug mit mehreren losen und festen Rollen beinhaltet.

    Die festen Rollen befinden sich oben am Kran über diese läuft dann jeweils ein Stahlseil zu den losen Rollen unten am Haken. Das Drahtseil wird dann schließlich von der Winde in Bewegung gesetzt.

    Dieses Prinzip gilt für alle Kräne.

    Von Karsten Schedemann, vor mehr als 2 Jahren
  20. Default

    Ich fand das Video sehr gut erklärt und auch verständlich, wenn man schon etwas Vorwissen mitbringt. Das Bild am Schluss wirft bei mir Fragen auf, ist ein Kran auch ein Flaschenzug? Es ist doch nur eine Maschine, die den Flaschenzug abgelöst hat, oder?

    Von Ekr Forstner, vor mehr als 2 Jahren
  21. Default

    zu wenig Übungen

    Von Andreahahn1, vor etwa 3 Jahren
  22. Default

    Schlechtes video.Unlogisch gezeichnet und irgendwie alle schludrig dahin erklärt ohne tieferes eingehen.Frage mich warum das hier so viel Geld kostet

    Von Irinabunn, vor mehr als 3 Jahren
  23. Default

    Ok gutes Video. Etwas leichter erklären. Aber sonst gut.

    Von Michelle Fokt, vor mehr als 3 Jahren
  24. Default

    m

    Von Timoh, vor mehr als 4 Jahren
  25. Ohne titel 1

    Gutes Vid! :)

    Von Michael Z., vor mehr als 4 Jahren
  26. Default

    #ü#

    Von Anja Dorny, vor mehr als 4 Jahren
  27. Default

    gutes video ;)

    Von Manoah H., vor mehr als 4 Jahren
  28. Default

    super video...,einfaches thema

    Von Sonja Fritz, vor etwa 5 Jahren
  29. Default

    Gut

    Von C Neef@Gmx.De, vor etwa 5 Jahren
  30. Default

    War echt super,als es unser Lehrer erklärte,hatte ichs voll nicht gerafft:)

    Von Eva Egger, vor etwa 5 Jahren
  31. Default

    Klasse Video!

    Von Micschroeter, vor mehr als 5 Jahren
  32. Default

    War echt super, ich habe Physik sonst nie verstanden, aber jetzt verstehe ich alles echt gut! Danke :)

    Von Sophie Steinbauer, vor mehr als 5 Jahren
  33. Default

    Super Video hat mir sehr geholfen :)

    Von Stephanie Schomburg, vor mehr als 5 Jahren
  34. Default

    Jetzt schon, danke.

    Von T Roesel, vor etwa 6 Jahren
  35. Default

    Verstehe ich immernoch nicht....

    Von T Roesel, vor etwa 6 Jahren
  36. Default

    Okeii ich habe es schon verstanden ich komm jetzt auch auf das richtige Ergebnis!!!:D
    Das Video hat mir echt voll geholfen!! :D DANKE

    Von Machira, vor mehr als 6 Jahren
  37. Default

    Aber wieso kommt bei der Frage,wie viele Meter muss das Seil gezogen werden => Das Auto wird 320 Meter hoch gezogen raus???
    irgendwie komm ich da auf 3200 ??!!?? :)

    Von Machira, vor mehr als 6 Jahren
  38. Bild

    Alles in Ordnung:
    Kraft ist Masse mal Beschleunigung: F=m*a. [N=kg*m/s²]
    Du hast recht, die Fallbeschleunigung g ist eine Beschleunigung und hat somit die Einheit m/s² und das ganze mal kg ergibt 1 N, das ist auch richtig. Laut Definition ist ein Newton die Kraft, die du benötigst um ein kg jede Sekunde um einen m/s schneller zu machen, also kg* m/s² . Alles richtig.
    Man kann die Fallbeschleunigung auch anders verstehen:
    Wenn du im Auto ganz schnell beschleunigst, dann fühlt sich das so an, als ob dich eine Kraft nach hinten in den Sitz drückt.
    Genauso drückt dich eine Kraft nach unten auf den Boden. Ein Elefant drückt natürlich mit mehr Kraft auf den Boden, als eine Ameise. Also gibt man die Größe mit der wir Richtung Erde beschleunigt werden in Kraft pro Masse an, also N/kg. Jedes Kilogramm von dir wird mit einer Kraft von 10 Newton nach unten gedrückt. Auf dem Mond wird jedes Kilo von dir nur mit einer Kraft von 1,6 N nach unten gedrückt. Deswegen hüpfen die da oben auch so komisch.
    Du kannst also die Einheit von g auch in N/kg angeben.
    N/kg mal kg gibt dann auch wieder N.

    oder das alles mathematisch:
    Def.: N = kg*m/s²

    N = kg*m/s² |:kg
    N/kg = m/s²

    Von Physik Siggi, vor fast 7 Jahren
  39. Msndfd

    Und kg x m/s² wäre ja dann nichts anderes als 1 N, oder?

    Von Baris-Murat G., vor fast 7 Jahren
  40. Msndfd

    Bin etwas verwirrt bei 1:11. Die Einheit für g ist doch m/s², oder nicht?

    Von Baris-Murat G., vor fast 7 Jahren
  41. Bild

    Das freut mich, wenn ihr hier beim physikalischen Denken weiterkommt :)

    Von Physik Siggi, vor etwa 7 Jahren
  42. Default

    meine Freundin und ich haben uns das Video angesehen und sind begeistert... (Wir habens verstanden;))
    DANKE

    Von Batida, vor etwa 7 Jahren
  43. Default

    oh danke, mir ist endlich ein Licht aufgegeange ;)

    Von Nedder, vor mehr als 7 Jahren
  44. Default

    wow, vielen, vielen dank ! :)

    Von Wsf1112, vor mehr als 7 Jahren
  45. Default

    hey mega geiles video !

    Von Xyzjerexyz, vor fast 8 Jahren
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Flaschenzug (Übungsvideo) Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Flaschenzug (Übungsvideo) kannst du es wiederholen und üben.

  • Nenne Unterschiede zwischen Faktoren- und Potenzflaschenzug.

    Tipps

    Bei beiden wird eins größer, wenn das andere kleiner wird.

    Lösung

    Es gibt 2 verschiedene Arten Flaschenzüge: Faktoren und Potenzflaschenzüge.

    Bei beiden wird der Zugweg länger, wenn die benötigte Kraft kleiner wird.

    Allerdings verändern sich Kraft und Weg beim Potenzflaschenzug mit $2^n$.

    Faktorenflaschenzug:

    $F\propto\dfrac{1}{s}$

    Potenzflaschenzug:

    $F\propto\dfrac{1}{s\cdot 2^n}$

    Hängt man an einen Potenzflaschen noch einen, so wird die Kraft nicht halbiert und der Weg nicht verdoppelt, sondern es gilt: $\dfrac{F}{2^2}$, $s\cdot 2^2$

  • Nenne die Wirkung des Flaschenzuges.

    Tipps

    Der Flaschenzug war eine unheimlich nützliche Erfindung, deshalb sollte er auch sinnvolle Eigenschaften haben.

    Lösung

    Der Flaschenzug verringert die beim Heben benötigte Kraft. Da aber keine Kraft aus dem nichts kommt, müssen wir dafür mehr Seil ziehen.

    Dadurch ist man in der Lage, schwere Lasten zu heben und das schon mit einfachsten Mitteln.

  • Nenne Auswirkungen der Krafthalbierung durch einen Flaschenzug.

    Tipps

    $F\propto\dfrac{1}{s}$

    Lösung

    Irgendein Haken muss an der Kraftverringerung dran sein, oder?

    $F\propto\dfrac{1}{s}$. Die Kraft ist also antiproportional zur Zuglänge.

    Wird die Kraft verringert, so wird die Zuglänge gleichermaßen größer.

  • Berechne die nötige Kraft und Zuglänge.

    Tipps

    Die Kraft einer ruhenden Masse ist $F=m\cdot g$.

    Lösung

    Taugt unser Flaschenzug und wie viel Seil müssen wir ziehen, um das Auto die gewünschten 2 Meter anzuheben?

    Das Gewicht des Autos in Newton ist $F=g\cdot m= 9,81~\dfrac{\text{m}}{\text{s}^2}\cdot 1200~\text{kg}=11772~\text{N}$.

    Die Kraft wird dann unter 70 Seilstücken/Windungen aufgeteilt: $F=\dfrac{11772~\text{N}}{70}=168,2~\text{N}$.

    Und die Länge wird auf $s=2~\text{m}\cdot 70=140~\text{m}$ verlängert.

    17 Kilogramm sind gar nicht so schwer zu heben. Dafür müssen nun aber 140 Meter Seil gezogen werden.

  • Berechne die Anzahl an Seilstücken, die du zum Anheben brauchst.

    Tipps

    Bei 2 Seilstücken wird das Gewicht/die benötigte Kraft halbiert.

    Lösung

    Es kann unheimlich hilfreich sein, für das jeweilige Gewicht den richtigen Flaschenzug zu wählen.

    Denn hat er zu viele Windungen, also Seilstücke, die nach oben ziehen, muss man unnötig viel ziehen.

    Andersherum wird die benötigte Kraft zu wenig verringert.

    Hier wollen wir das Gewicht auf ein Fünftel reduzieren, brauchen also 5 Seilstücke und müssen 5 mal so weit ziehen.

  • Berechne die Kraft, mit der du ziehen musst, um das Auto zu heben.

    Tipps

    Jedes Seilstück trägt einen gleich großen Anteil der Gesamtmasse.

    Lösung

    Wir überlegen schon vor dem Ziehen, ob wir das Auto überhaupt hoch bekämen.

    Bei 100 Windungen wird das Gewicht durch 100 geteilt, also werden nur $12~\text{kg}$ gehoben.