STEM Mechanics
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Modell 1: Balkenwaage (Hebel)

Um das Gewicht eines Gegenstands zu bestimmen, müssen wir das Verhältnis des Gewichts zu einem festgelegten Referenz oder
Einheitswert kennen. Das gelingt, indem zwei bewegliche Hebel in ein Gleichgewicht gebracht werden. Die Abbildung auf das Referenzgewicht erfolgt dann über eine geeignete Skala.

Aufgaben Modell 1

Lösungen Modell 1

Modell 2: Flaschenzug und Wellrad

Eines der ältesten Getriebe überhaupt ist der Flaschenzug. Ohne ihn wären die beeindruckenden Steingebäude der Antike nie entstanden. Ein
Flaschenzug bewirkt eine Kraftverstärkung, indem der Hub auf mehrere Seilschlingen verteilt wird. Die geleistete Arbeit – das Anheben eines Gewichts – bleibt dabei dieselbe, dafür muss (mit weniger Kraft) länger gezogen werden.

Aufgaben Modell 2

Lösungen Modell 2

Modell 3: Kurbel-Schub-Schere

Antriebe erzeugen in der Regel eine Drehbewegung. Für den Abtrieb wird jedoch oft eine Hin- und Her-Bewegung benötigt. Das gelingt mit Kurbelschwingen, einem Scherenhub und Schubkurbeln. Schubkurbeln spielen in Verbrennungsmotoren als „Kurbelwelle“ eine zentrale Rolle: Sie wandeln die Schubbewegung der Kolbenstange in eine Drehbewegung der Abtriebswelle.

Aufgaben Modell 3

Lösungen Modell 3

Modell 4: Kardanwelle

Manchmal liegen Antriebs- und Abtriebswelle eines Getriebes weder in einer Flucht noch parallel zueinander, sondern stoßen in einem stumpfen Winkel aufeinander. Dann muss die Bewegungsrichtung der Welle geändert werden. Das gelingt mit einem Kardangetriebe, auch als
Kreuz- oder Kardangelenk bezeichnet.

Aufgaben Modell 4

Lösungen Modell 4

Modell 5: Schaltgetriebe

Getriebe mit veränderlicher Übersetzung nennt man Schaltgetriebe. Sie sind in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor nötig, da diese Motoren nur in einem begrenzten Drehzahlbereich effizient arbeiten. Ein Schaltgetriebe ermöglicht es, die Drehzahl der Antriebsachse an die gewünschte
Drehzahl der Abtriebsachse anzupassen.

Aufgaben Modell 5

Lösungen Modell 5

Modell 6: Planetengetriebe

Für viele praktische Anwendungen sind Getriebe besonders geeignet, bei denen die Bewegungsänderung koaxial erfolgt, d.h. An- und Abtriebswelle in einer Flucht liegen. Sie sind kompakt, lassen sich einfach verbauen und leicht miteinander kombinieren.

Aufgaben Modell 6

Lösungen Modell 6

Modell 7: Differenzialgetriebe

Ohne Differenzialgetriebe könnte kein Auto um eine enge Kurve fahren – es ermöglicht den Rädern einer angetriebenen Starrachse
sich unterschiedlich schnell zu drehen.

Aufgaben Modell 7

Lösungen Modell 7

Modell 8: Tisch

Aufgaben Modell 8

Lösungen Modell 8

Modell 9: Turm

Aufgaben Modell 9

Lösungen Modell 9

Modell 10: Fachwerk

Aufgaben Modell 10

Lösungen Modell 10

Modell 11: Fachwerkhaus

Aufgaben Modell 11

Lösungen Modell 11

Modell 12: Brücke, Balkenbrücke

Aufgaben Modell 12

Lösungen Modell 12

Modell 13: Zweiseitiger Hebel

Aufgaben Modell 13

Lösungen Modell 13

Modell 14: Scheibenwischer-Gleichläufig

Aufgaben Modell 14

Lösungen Modell 14

Modell 15: Scheibenwischer-Gegenläufig

Aufgaben Modell 15

Lösungen Modell 15

Modell 16: Scheibenwischer-Parallel

Aufgaben Modell 16

Lösungen Modell 16

Modell 17: Exzenterpresse

Aufgaben Modell 17

Lösungen Modell 17

Modell 18: Presse - Kniehebelpresse

Aufgaben Modell 18

Lösungen Modell 18

Modell 19: Schiefe Ebene mit Kleinkraftmesser

Aufgaben Modell 19

Lösungen Modell 19

Modell 20: Fliehkraftregler / Zentrifugalkraft

Die Zentrifugalkraft, auch Fliehkraft genannt, entsteht durch die Trägheit eines Körpers bei Dreh- oder Kreisbewegungen. Sie wirkt radial von der Rotationsachse nach außen. Wir erleben sie oft im Alltag: Beim Kettenkarussell werden die Sitze nach außen gedrückt, in der Salatschleuder fliegt das Wasser nach außen, und ein Zweiradfahrer muss sich in die Kurve legen, um die Kraft auszugleichen.

Aufgaben Modell 20

Lösungen Modell 20