Wenn wir an Maschinen denken, kommen uns wahrscheinlich große Erfindungen wie Autos, Züge oder Industrieroboter in den Sinn.
Viele der wichtigsten Maschinen, die wir täglich nutzen, sind jedoch viel einfacher. Wir nennen diese einfachen Maschinen, und sie begleiten uns seit Beginn der Zivilisation und tragen dazu bei, Aufgaben einfacher und effizienter zu machen.
Obwohl der Begriff „einfache Maschine“ technisch erscheinen mag, ist die Wahrheit, dass wir diese Mechanismen ständig nutzen, oft ohne es zu merken.
In diesem Artikel zeige ich Ihnen, wie einfache Maschinen in so alltäglichen Dingen wie einem Küchenmesser oder einer Rampe stecken.
Wir werden uns 10 alltägliche Beispiele einfacher Maschinen ansehen, die Sie wahrscheinlich bereits kennen, aber vielleicht noch nicht als solche identifiziert haben.
1. Flaschenöffner: ein Hebel in Ihren Händen
Beginnen wir mit etwas so Einfachem wie einem Flaschenöffner. Haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, wie dieses kleine Objekt funktioniert? Obwohl es trivial erscheint, ist dieses Gerät ein hervorragendes Beispiel für einen Hebel in Aktion.
Wenn Sie einen Flaschenöffner verwenden, hakt sich der gezahnte Teil unter dem Verschluss ein und wenn Sie ihn hochziehen, lässt sich der Verschluss mit sehr geringem Kraftaufwand abheben. Dies liegt daran, dass der Öffner als erstklassiger Hebel fungiert, bei dem der Drehpunkt (Drehpunkt) zwischen dem Deckel und der von Ihnen ausgeübten Kraft liegt. Dadurch können Sie die Flasche ohne großen Kraftaufwand öffnen.
Diese Art von Hebeln findet man überall, von Werkzeugen zum Entfernen von Nägeln bis hin zu einfachen Wippen in den Parks.
2. Förderband im Supermarkt: Eine schiefe Ebene in Bewegung
Sie haben diese Förderbänder wahrscheinlich schon an der Supermarktkasse gesehen, wo Sie Ihre Produkte so platzieren, dass sie zur Kasse gelangen. Obwohl es wie ein modernes System erscheinen mag, ist die Idee hinter diesem Mechanismus sehr alt: Es handelt sich um eine schiefe Ebene in Bewegung.
Eine schiefe Ebene ist eine Fläche, die eher geneigt als vertikal ist und es einfacher macht, schwere Gegenstände mit weniger Kraftaufwand zu bewegen. Durch die nahezu unmerkliche Neigung des Förderbandes bewegen sich die Produkte sanft vorwärts, ohne dass sie ständig geschoben oder angehoben werden müssen.
Dieses Prinzip ist das gleiche wie bei Rampen für Personen mit eingeschränkter Mobilität oder bei Garagenzufahrtsrampen. Anstatt einen schweren Gegenstand auf einen Schlag anzuheben, ermöglicht eine schiefe Ebene die Bewegung über eine größere Distanz und eine gleichmäßigere Kraftverteilung.
3. Seilzuglift: Heben mit Leichtigkeit
Das folgende Beispiel ist ein Klassiker, den wir oft übersehen: Aufzüge. Obwohl viele Aufzüge heutzutage von komplexen Elektromotoren angetrieben werden, ist das Grundprinzip dahinter ein Flaschenzugsystem.
Eine Riemenscheibe ist ein Rad, mit dem Sie die Richtung einer Kraft ändern können. Wenn beim Aufzug der Motor am Seil zieht, das die Kabine hält, verteilen die Riemenscheiben die Kraft, sodass große Lasten (in diesem Fall Personen und Gegenstände) mit relativ wenig Kraft angehoben und abgesenkt werden können. Wenn Sie jemals ein Flaschenzugsystem verwenden mussten, um eine Flagge zu hissen oder eine Last zu heben, werden Sie bemerkt haben, wie die Arbeit vereinfacht wird.
Durch die Kombination fester und beweglicher Riemenscheiben entsteht ein sogenanntes Hebezeug, das den Kraftaufwand, der zum Heben großer Gewichte aufgewendet werden muss, weiter reduziert.
4. Die Gartenschaufel: Den Boden keilförmig durchschneiden
Der Gartenpickel oder die Schaufel ist eines der einfachsten und nützlichsten Werkzeuge, die es gibt. Wenn Sie im Boden graben, dient die Schaufel nicht nur dazu, Erde von einem Ort zum anderen zu bewegen, sondern Sie verwenden tatsächlich einen Keil.
Der scharfe Teil der Schaufel dringt in den Boden ein und bricht den Boden auf, wodurch er sich leichter bewegen lässt. Im Wesentlichen wandelt die Schaufel die Kraft, die Sie nach unten ausüben, in eine seitliche Kraft um, die den Boden aufbricht. Das gleiche Prinzip gilt für Schneidwerkzeuge wie Äxte, Messer und Meißel.
Wenn Sie das nächste Mal mit einer Schaufel Löcher in den Garten graben oder umgraben, denken Sie daran, dass Sie sich eines der ältesten Prinzipien der Mechanik zunutze machen.
5. Gartenschere: ein scharfer Hebel
Die Gartenscheren, die wir im Garten verwenden, sind ein weiteres hervorragendes Beispiel dafür, wie einfache Maschinen die Arbeit erleichtern. Dieses Werkzeug kombiniert zwei einfache Maschinen: einen Keil und einen Hebel.
Die scharfen Klingen der Schere wirken wie Keile und schneiden die Äste präzise. Der eigentliche Clou an einer Gartenschere sind jedoch die langen Griffe, die als Hebel fungieren. Je länger die Griffe sind, desto mehr Kraft können Sie mühelos aufbringen. Auf diese Weise können Sie mit wenig Aufwand dicke Äste schneiden, was mit bloßen Händen schwierig wäre.
6. Rollstuhl: die Kraft des Rades und der Achse
Der Rollstuhl ist ein weiteres klares Beispiel für eine einfache Maschine, die das Leben von Millionen Menschen verändert hat. Das Rad und die Achse gehören zu den bedeutendsten Erfindungen der Geschichte und ihr Prinzip lässt sich auf viele Alltagssituationen übertragen.
Bei einem Rollstuhl verringern die Räder die Reibung zwischen Boden und Stuhl und erleichtern so die Bewegung. Ohne Räder wäre das Bewegen eines Stuhls mit einer darauf sitzenden Person eine anstrengende Aufgabe. Wenn sich das Rad dreht, bewegt sich auch die Mittelachse und überträgt die ausgeübte Kraft entlang der Oberfläche, sodass sich der Stuhl mit geringem Kraftaufwand bewegen lässt.
Das gleiche Prinzip ermöglicht den Betrieb von Fahrrädern, Autos und Schubkarren.
7. Türklinken oder Türklinken: Mit einem Hebel drehen
Wahrscheinlich öffnen Sie mehrmals am Tag Türen, und zwar automatisch, ohne an den Mechanismus hinter den Türklinken oder -griffen zu denken. Aber was Sie benutzen, ist eigentlich ein Hebel.
Wenn Sie einen Türgriff drehen, üben Sie eine kleine Kraft auf das Ende des Hebels aus. Diese Kraft wird auf den internen Mechanismus übertragen, der den Riegel öffnet und das Öffnen der Tür ermöglicht. Ohne den Griff wäre das Öffnen einer Tür deutlich schwieriger, da man direkt auf die Klinke Kraft ausüben müsste.
Hebel dieser Art finden sich in vielen alltäglichen Mechanismen, von Schalthebeln in Autos bis hin zu Lichtschaltern.
8. Hydraulischer Wagenheber: Anheben eines Fahrzeugs mit einer Schraube
Wenn Sie jemals einen Autoreifen wechseln mussten, haben Sie wahrscheinlich einen Wagenheber benutzt. Dieses Werkzeug ist ein perfektes Beispiel dafür, wie eine Schraube die aufgebrachte Kraft vervielfachen und das Heben schwerer Gewichte ermöglichen kann.
Wenn Sie den Wagenhebergriff drehen, bewegt sich eine innere Schraube, wodurch der Wagenheber angehoben und das Auto angehoben wird. Auch wenn es den Anschein hat, als wäre das Auto zu schwer, um es manuell anzuheben, verteilt die Schraubenkonstruktion die Kraft effizient, sodass das Fahrzeug mit sehr geringem Kraftaufwand angehoben werden kann.
Dieses Prinzip wird in vielen anderen Werkzeugen angewendet, beispielsweise in Pressen oder Lasthebesystemen.
9. Das Küchenmesser: ein Keil zum präzisen Schneiden
Das Küchenmesser ist ein Werkzeug, das wir alle täglich benutzen. Wenn Sie einen Apfel oder ein Stück Fleisch schneiden, denken Sie wahrscheinlich nicht, dass Sie eine einfache Maschine verwenden, aber Sie tun es. Das Messer ist im Wesentlichen ein Keil.
Die Klinge des Messers teilt das zu schneidende Material in zwei Teile, sodass sich die Kraft, die Sie mit der Hand ausüben, auf die Klingenkante konzentrieren kann. Dies macht das Schneiden von Lebensmitteln viel einfacher, als wenn Sie es mit einer stumpfen Klinge oder Ihren Händen versuchen würden.
Keile werden nicht nur in der Küche verwendet, sondern auch in anderen Bereichen wie dem Baugewerbe und der Tischlerei, wo Schneidwerkzeuge zum präzisen Teilen von Materialien unerlässlich sind.
10. Rollos: ein verstecktes Flaschenzugsystem
Ein Beispiel, an das Sie wahrscheinlich noch nicht gedacht haben, sind Rollläden, mit denen die Jalousien in einem Raum hoch- oder heruntergelassen werden. Auch wenn es auf den ersten Blick nicht so scheint, verwendet dieser Mechanismus eine Kombination aus Riemenscheiben und Rädern.
Wenn Sie an der Vorhangschnur ziehen, verwenden Sie ein Flaschenzugsystem, das die Richtung der Kraft ändert, sodass Sie den Vorhang einfacher anheben oder absenken können, ohne viel Kraft aufwenden zu müssen. Das gleiche Prinzip wird in Kransystemen, Aufzügen und anderen Hebemechanismen angewendet.