Abbildung 1: Beispiel eines einfachen Maschinensystems mit Rad und Achse.
Das Rad und die Achse ist eine Art einfache Maschine, die verwendet wird, um Aufgaben in Bezug auf die Manipulation der Kraft durch Anwendung des Konzepts des mechanischen Vorteils zu erleichtern. Das Rad und die Achse bestehen aus einer runden Scheibe, bekannt als ein Rad, mit einer Stange durch die Mitte davon, bekannt als die Achse. Dieses System verwendet Drehimpuls und Drehmoment, um an Objekten zu arbeiten, typischerweise gegen die Schwerkraft., Die einfache Maschine mit Rad und Achse ist eng mit Zahnrädern verwandt.
Wie bei allen anderen einfachen Maschinen ändert das Rad-und Achssystem die Kraft, indem es den Abstand ändert, über den die Kraft ausgeübt werden muss; Wenn die Eingangskraft auf die Ausgangskraft reduziert wird, muss die Kraft über den fünffachen Abstand ausgeübt werden. Die geleistete Arbeit ist immer Kraft mal Entfernung, und dies muss wegen der Energieeinsparung immer gleich sein.
Rad und Achse drehen sich beide mit der gleichen Geschwindigkeit., Dies bedeutet, dass sowohl die Achse als auch das Rad eine volle Umdrehung in der gleichen Zeit ausführen (im Gegensatz zur Funktionsweise der Zahnräder). Aufgrund des Größenunterschieds im Radius von Rad und Achse bedeutet dies, dass der Abstand, durch den sich die beiden Teile in der gleichen Zeit drehen, unterschiedlich ist. Dies ist auf den Unterschied in den Umfängen des Rades selbst und der Achse zurückzuführen, die es stützt. Dies liefert die Voraussetzungen für einen mechanischen Vorteil.,
Mechanischer Vorteil
Abbildung 2: Mechanischer Vorteil eines Rad-und Achssystems.
Der mechanische Vorteil für dieses System ist idealerweise:
wo ist der Radius des Rades und ist der Radius der Achse, in Abbildung 2 gezeigt.
Ein Rad-und Achssystem benötigt eine Kraft, um die Last anzuheben, diese Kraft kann jedoch geringer sein als das Gewicht des Objekts., Obwohl die Kraft, die eine Person ausüben muss, im Vergleich zu der Kraft, die sie auf das Objekt ausübt, möglicherweise nicht sehr groß ist, ist der Abstand, den sie zum Drehen des Rades benötigt, viel größer als der Abstand, durch den sich die Achse dreht.
Idealerweise gibt es keine Verluste während der Energieübertragung, aber in Wirklichkeit gibt es kein System mit 100% Wirkungsgrad. Energie geht durch nicht konservative Kräfte wie Reibung verloren, aber Rad – und Achssysteme haben oft sehr hohe Wirkungsgrade.,
Für Weitere Lesen
Für weitere informationen siehe die verwandte seiten unten:
- Mechanische vorteil
- Einfache maschine
- Geneigte ebene
- Pulley
- Hebel
- Getriebe
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