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Definition Kraftwandler

Zehn Übungen zu der Frage, was ein Kraftwandler mit einer Kraft macht — und was er mit der Arbeit niemals macht.

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Übungsaufgaben

Alle Übungen fortlaufend nummeriert — zuerst die interaktiven Übungen zum Klicken, Ziehen und Knobeln, danach die Rechen- und Textaufgaben. Jede Übung gibt dir sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen dir die gestuften Tipps.

A1
Was ein Kraftwandler leistet
AFB I

In der Klasse werden Aussagen über Kraftwandler gesammelt. Welche davon stimmen?

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Ein Kraftwandler ist kein Kraftwerk: Er verteilt dieselbe Arbeit nur anders auf Kraft und Weg, Arbeit sparen kann er nicht. „Kleiner machen“ ist auch nicht seine Aufgabe — die feste Rolle lässt den Betrag unverändert, Zange und Nussknacker vergrößern ihn absichtlich. Genau das ist ebenfalls eine Umwandlung.
A2
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Fünf Behauptungen rund um Kraftwandler im Alltag.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Prüfe bei jeder Aussage zwei Dinge getrennt: Was passiert mit der Kraft, und was passiert mit der Arbeit? Betrag und Richtung darf ein Kraftwandler ändern, die Arbeit nicht.
A3
Lückentext mit Wortbank
AFB I

Setze die Fachbegriffe an die richtige Stelle — ein Wort bleibt übrig.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Ein ändert den oder die einer Kraft und spart dabei niemals — Kraft sparen gelingt nur über einen längeren .

„Masse“ bleibt übrig: Sie ist eine Eigenschaft des Körpers und wird von keinem Gerät verändert. Ein Kraftwandler greift nur an Kraft und Weg an.
A4
Kraftwandler einordnen
AFB I

Sortiere jedes Gerät danach, was es mit der Kraft macht.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Nur andere Richtung
2Kleinere Kraft nötig
3Größere Kraft erzeugt
Entscheidend ist immer der Vergleich mit der Last: Bleibt der Betrag gleich, ist es reine Umlenkung; ist die aufgebrachte Kraft kleiner als die Last, spart das Gerät Kraft; ist sie größer, verstärkt es. Typischer Fehler: Nussknacker und Zange landen im Korb „Kraft kleiner“, weil sie die Arbeit leichter machen — sie machen die Kraft aber absichtlich größer.
A5
Blitzrechnung
AFB I

Ein Kraftwandler ändert die Arbeit nicht — das Produkt aus Kraft und Weg bleibt gleich. Eine Last mit der Gewichtskraft 600 N soll 0,50 m hoch gehoben werden. An einem Flaschenzug genügt dafür eine Zugkraft von 150 N. Wie lang ist der Weg, den du am Zugseil ziehen musst?

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
Rechenweg: 600 N · 0,50 m = 300 Nm, und 300 Nm : 150 N = 2,0 m. Kopfrechen-Trick: Die Kraft wird auf ein Viertel kleiner, also wird der Weg viermal so lang — 4 · 0,50 m = 2,0 m. Typischer Fehler ist, den Hubweg von 0,50 m einfach als Zugweg zu übernehmen.
A6
Vom Problem zum passenden Kraftwandler
AFB II

Eine schwere Kiste soll auf eine Ladefläche. Bring die Überlegungen in die Reihenfolge, in der man so ein Problem angeht.

Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Die Masse der Last bestimmen und daraus ihre Gewichtskraft berechnen.
2Prüfen, ob diese Gewichtskraft größer ist als die eigene Muskelkraft.
3Entscheiden, ob nur die Richtung der Kraft störend ist oder ihr Betrag zu groß.
4Den passenden Kraftwandler auswählen: feste Rolle bei störender Richtung, Flaschenzug oder Rampe bei zu großem Betrag.
5Den längeren Weg einplanen, den der gewählte Kraftwandler verlangt.
Am häufigsten rutscht Schritt 4 nach vorn: Man greift zum Flaschenzug, bevor überhaupt geklärt ist, ob die Kraft oder nur die Richtung das Problem war. Und Schritt 5 wird gern vergessen — der längere Weg gehört zur Planung und ist keine Überraschung.
A7
Rechenkette
AFB II

Eine Kiste mit der Masse 60 kg soll 1,2 m hoch auf eine Ladefläche. Wahlweise steht eine 4,8 m lange Rampe bereit. Rechne mit dem Ortsfaktor 10 N/kg (Näherung).

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. Gewichtskraft der Kiste N
  2. Produkt aus Gewichtskraft und Hubhöhe von 1,2 m Nm
  3. Schubkraft auf der 4,8 m langen Rampe N
  4. Um welchen Faktor ist die Schubkraft kleiner als die Gewichtskraft? mal
Die Kette zeigt den Tausch: Der Weg wird viermal so lang (4,8 m statt 1,2 m), und genau um denselben Faktor 4 wird die Kraft kleiner (150 N statt 600 N). Das Produkt bleibt beide Male 720 Nm. Typischer Fehler ist, in Schritt 3 mit der Höhe 1,2 m statt mit der Rampenlänge 4,8 m zu teilen.
A8
Gerät und Wirkung verbinden
AFB II

Verbinde jedes Gerät mit dem, was es an der Kraft ändert.

Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Trick: Lies zuerst die rechte Spalte und frage, ob dort von Betrag, Richtung oder Weg die Rede ist. Nur eine Zeile spricht vom Weg — sie gehört zur schiefen Ebene.
A9
Fehlersuche im Schulheft
AFB II

Sechs Sätze aus einem Schulheft — drei davon sind falsch. Finde sie.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Zeile 2 ist der Klassiker in Klassenarbeiten: „Kraft sparen“ wird mit „Arbeit sparen“ verwechselt. Wer sich bei jedem Kraftwandler den längeren Weg gleich mitdenkt, macht diesen Fehler nicht — und rechnet dann auch Zeile 6 richtig.
A10
Kraft einschätzen statt rechnen
AFB III

Eine Last wird immer gleich hoch angehoben; verändert wird nur der Aufbau oder die Last. Gefragt ist jedes Mal die Kraft, die man selbst aufbringen muss. Schätze für jede Zeile ein, was passiert — ohne zu rechnen.

Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = auf ein Viertel, 2 = halbiert, 3 = bleibt gleich, 4 = verdoppelt, 5 = vervierfacht. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = auf ein Viertel5 = vervierfacht
Das Zugseil läuft zusätzlich über eine feste Rolle.
An demselben Flaschenzug hängt die vierfache Last.
Die feste Rolle wird durch eine lose Rolle ersetzt.
Statt direkt zu heben, wird ein Flaschenzug mit vier tragenden Seilstücken benutzt.
Die Rampe wird auf die halbe Länge gekürzt, die Höhe bleibt gleich.
Alle fünf Zeilen folgen einer Regel: Kraft mal Weg bleibt gleich. Wird der Weg n-mal so lang, wird die Kraft n-mal kleiner; wird die Last n-mal größer, wird auch die Kraft n-mal größer. Typischer Fehler ist Zeile 1: Eine zusätzliche feste Rolle sieht nach Hilfe aus, ändert am Betrag der Zugkraft aber nichts. Wer so überlegt, ist ohne Rechnung schneller fertig.