Arbeitsblatt: Flaschenzug

Laufzettel Name: Bearbeite alle Stationen in beliebiger Reihenfolge durch. Du hast pro Station 10 min. Zeit. Halte den Ablauf der Stationen auf dem Laufzettel fest. a u s c i s n Stationen: Themen 1. Baue einen Flaschenzug 2. Löse das Rätsel 3. Finde die Lösung 4. Kräfte am Flaschenzug. Arbeit. 5. Verständnisfragen 6. Neuer Flaschenzug Aufgabe: 1. Baue in deiner Gruppe einen Flaschenzug, so dass du mit seiner Hilfe ein Gewicht von 2 kg mit der Zugkraft weniger als 10 hochheben kannst. 2. Zeichne die Skizze des Flaschenzuges auf. 3. Begründe deinen Versuchsaufbau. Aufbauskizze: Erklärung: Löse das Rätsel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Senkrecht: Waagerecht: 5. Messgerät zur Kraftmessung 6. Wird in Formeln mit dem Buchstaben „s bezeichnet 9. Arbeitsgerät zur Änderung der Kraftrichtung 10. F*s 11. Kraft, die zu Erdmittelpunkt gerichtet ist und dafür sorgt, dass nichts in der Luft schweben kann 15. Maßeinheit für Strecken 16. Arbeitsgerät zum Heben schwerer Lasten 17. Maßeinheit der mechanischen Arbeit 1. W 1J 2. Naturwissenschaft 3. Englischer Physiker und Krafteinheit 4. Teilgebiet der Physik 5. Mit dieser Rolle lässt sich beim Heben von Lasten die Richtung der Zugkraft beliebig verändern 7. Einheit der Masse 8. Kräfte können zwar verringert werden, dabei verlängert sich aber gleichzeitig die Wegstrecke – „ Regel der Mechanik 12. Wird bei dem Flaschenzug verstärkt aber mit einem längeren Weg bezahlt 13. Mit dieser Rolle lässt sich beim Heben von Lasten Kraft einsparen 14. wird in kg angegeben Prüfe deine Ergebnisse mit Hilfe eines Lösungsblattes. Waagerecht: 5. FEDERKRAFTMESSER 6. WEG 9. ROLLE 10. ARBEIT 11. GEWICHTSKRAFT 15. METER 16. FLASCHENZUG 17. NEWTONMETER Senkrecht: 1. JOULE 2. PHYSIK 3. NEWTON 4. MECHANIK 5. FESTE 7. KILOGRAMM 8. GOLDENE 12. KRAFT 13. LOSE 14. MASSE O L D R R F M 4M 5F 6W G S 7K H 8G T 9R L E 10A B L N C T 12K A T 11G W 13L R R N A 14M 15M T R 16F A C E Z M S 17N W O M T 1 2 H 3N S R W T N R 1. hebt eine 60 kg schwere Last mittels Seil und Rollen zu Blau. Welche Aussagen sind richtig? A zieht mit 600 N. A zieht mit 300 N. A zieht mit 200 N. o Die Deckenbefestigung hält insgesamt mit 600 N. Die Deckenbefestigung hält insgesamt mit 800 N. Die Deckenbefestigung hält insgesamt mit 1000 N. 2. hebt eine 60 kg schwere Last mittels Seil und Rollen zu Blau. Welche Aussagen sind richtig? A zieht mit 600 N. A zieht mit 300 N. A zieht mit 200 N. o Die Deckenbefestigung hält insgesamt mit 600 N. Die Deckenbefestigung hält insgesamt mit 800 N. Die Deckenbefestigung hält insgesamt mit 1000 N. 3. Ein Mensch hebt eine 120 kg schwere Last mittels zweier Seile und masseloser Rollen. Welche Aussagen sind richtig? Im Seil werden 1200 übertragen. Im Seil werden 600 übertragen. Im Seil werden 600 übertragen. Im Seil werden 300 übertragen. Die Deckenbefestigung hält insgesamt mit 1200 N. Die Deckenbefestigung hält insgesamt mit 1500 N. A 4. Hier wird ein Walfisch mit zwei hintereinander geschalteten Flaschenzügen der unten gezeichneten Art von 20 Männern aufs Eis gezogen. Was ist (ohne Berücksichtigung der Reibung) richtig? o o o Jeder Flaschenzug versechsfacht die Zugkraft Jeder Flaschenzug versiebenfacht die Zugkraft. Auf den Wal ist das 12-fache der Kraft aufs Seil Auf den Wal ist das 14-fache der Kraft aufs Seil. Auf den Wal ist das 36-fache der Kraft aufs Seil. Auf den Wal ist das 49-fache der Kraft aufs Seil. Aufgabe: Kreuze die richtige Lösungen an. Prüfe deine Ergebnisse mit Hilfe eines Lösungsblattes. 1. Richtig sind die Antworten 3 und 5. Auf die drei Seilenden an der Last wirkt jeweils ein Drittel der Last, also 200 N. Die Person zieht mit der durchs Seil übertragenen Kraft von 200 N. Die Decke muss die vierfache Seilkraft nämlich 800 aufbringen. 2. Richtig sind die Antworten 3 und 5. Auf die drei Seilenden an der Last wirkt jeweils ein Drittel der Last, also 200 N. Die Person zieht mit der durchs Seil übertragenen Kraft von 200 N. Die Decke muss die vierfache Seilkraft nämlich 800 aufbringen. 3. Richtig sind die Antworten 2, 4 und 6. Im grünen Seil wird in beide Richtungen die Hälfte der Gewichtskraft der Last also 600 übertragen. Im blauen Seil wird die Hälfte der Kraft des grünen Seils, also 300 übertragen. An der Decke lasten ein Grünes und drei blaue Seilkräfte, also 600 3 · 300 1500 N. 4. Richtig sind die Antworten 2 und 6. An der Lastseite ziehen 7 Seile, deshalb ist die Zugkraft des Flaschenzugs, wenn man die Reibung nicht berücksichtigt das 7 fache der Kraft aufs Seil. Da zwei Flaschenzüge hintereinadergeschaltet sind ist die Kraft auf den Wal das (7 · 7 ) 49 fache der Zugkraft aufs schwarze Seil. 1. Mit dem nebenstehenden Bild ist die Bergung aus einer Gletscherspalte dargestellt. a. Erkläre kurz, warum diese Anordnung zum Herausziehen des Opfers günstiger ist, als das „direkte Hochziehen am Seil. b. Das Unfallopfer wiegt mit Ausrüstung 800 N. Die Reibung des Seiles am Karabiner soll vernachlässigt werden. Die Reibungskraft des Seiles am Spaltenrand ist Fr 100 N. Mit welcher Kraft muss der Retter am rechten Seil ziehen? 2. a) Wie viel Arbeit muss verrichtet werden, um eine 200 kg schwere Kiste um 2 anzuheben (siehe Skizze)? b) Dieser Flaschenzug bewirkt, dass die Last im Prinzip an vier Seilen hangt. Wie viel (welche Lange) Seil muss deshalb beim Anheben der Last um 2 in Richtung von gezogen werden? (Anders gefragt: Entlang welchen Weges wirkt die Zugkraft F?) c) Wie groß ist die Arbeit, die am freien Seilende verrichtet werden muss und wie stark muss die Kraft sein? Aufgabe: Finde die Lösungen der folgenden Aufgaben. (Fertigung einer Skizze kann hilfreich sein!) Prüfe deine Ergebnisse mit Hilfe eines Lösungsblattes. 1. Bergung a. Die Gewichtskraft des Unfallopfers verteilt sich je zur Hälfte auf die beiden Seilstücke am Karabiner. Dadurch muss der Retter eine geringere Kraft als die Gewichtskraft aufbringen. b. Das Unfallopfer übt auf das rechte Seilstück eine Kraft von G/2 400 aus. Dazu muss der Retter auch noch die Reibungskraft von 100 überwinden. Insgesamt muss er also mit der Kraft von 500 ziehen. 2. Gegeben: 200 kg 2m a. W 2000 2 4000 Nm 4000 4kJ b. Z 4 sG also Z 4 2 8 FZ Z c. const G 1 1 FZ FG also FZ 2000 500 4 4 Prüfe deine Ergebnisse mit Hilfe eines Lösungsblattes. Aus Sicherheitsgründen führe diesen Versuch im Flür. !!! Ausrutschgefahr !!! Materialien: 2 lange Stativstäbe, Kreuzmuffen als Abstandhalter, langes Seil Durchführung: Zwei kräftige Schüler halten einen der Stativstäbe fest. Das Seil wird wie in der Abbildung um die Stäbe gelegt. Man erhöht in verschiedenen Schritten die Anzahl der Seilwindungen. Auf der anderen Seite versucht ein zierlicher Schüler die beiden stärkeren heranzuziehen. Aufgabe: Führe den Versuch mit verschiedener Anzahl von Seilwindungen durch. Notiere deine Beobachtungen. Finde die Erklärung für die Ergebnisse. Beobachtung: Erklärung: Prüfe deine Ergebnisse mit Hilfe eines Lösungsblattes. Von einer bestimmten Anzahl von Windungen an gelingt dem zierlichen Schülern die beiden stärkeren heranzuziehen. Der Kraftaufwand wird mit höherer Windungsanzahl geringer. Der zierliche Schüler muss allerdings wesentlich mehr Seil nach hinten ziehen, als die Strecke lang ist, die die beiden kräftigen Schüler herangezogen werden. Der eine Stativstab wirkt wie eine Kombination aus mehreren losen Rollen.