Goldene Regel der Mechanik

Mit der goldenen Regel der Mechanik befassen wir uns in diesem Artikel der Physik. Dabei wird erklärt, was man unter dieser Regel versteht, wer sie entdeckt hat und was man damit eigentlich anfangen kann. Dieser Artikel gehört zu unserem Bereich Mechanik.

Ihr müsst eine schwere Kiste heben oder einen Schrank tragen? Dann wisst ihr sicher, dass dies sehr anstrengend sein kann. Es wäre also schön, wenn man seinen Kraftaufwand reduzieren könnte. Der italienische Naturwissenschaftler Galileo Galilei ( 1564 - 1642 ) hat die folgende Regel in der Physik entdeckt, welche als "Goldene Regel der Mechanik" formuliert wurde:

• Was man an Kraft spart, muss man an Weg zusetzen.

Um einen Klotz zum Beispiel um einen Meter anzuheben, kann man einen Hebel, einen Flaschenzug oder auch eine schiefe Ebene einsetzen. Der "Trick" ist also, dass man seinen Kraftaufwand reduzieren kann, in dem man die Strecke verlängert. Die Reibung wird dabei vernachlässigt. Eines muss einem jedoch klar sein: Die Arbeit - physikalisch gesehen - wird dabei nicht reduziert, aber der Kraftaufwand wird kleiner. Dafür wird aber die Strecke länger. Für einfache Beispiele lässt ich die Arbeit wie folgt berechnen.

• W = F · s

Dabei ist:

• "W" die Arbeit in Newton-Meter [ Nm ]
• "F" ist die Kraft in Newton [ N ]
• "s" ist die Strecke in Meter [ m ]

Beispiel: Arbeit

Die Kraft 2N muss für eine Strecke von 4m aufgewendet werden. Dabei wird eine Arbeit von 8Nm aufgewendet. Diese Arbeit von 8Nm könnte man jedoch auch bei einer Kraft von 1N und einer Strecke von 8m erbringen.

Beispiel: Schiefe Ebene

Angenommen ein Klotz für eine Pyramide soll in eine Höhe von 10 Meter gebracht werden. Jetzt kann man natürlich den Klotz hoch heben über ein Seil. Dann benötigt man natürlich eine Menge Kraft. Oder man baut eine Rampe auf und zieht den Klotz also eine schräge hoch. Der Weg der zurückgelegt werden muss, ist natürlich deutlich länger. Dennoch ist dies oft der praktikablere Weg, da weniger Kraft benötigt wird. Die folgende Grafik zeigt eine schiefe Ebene:

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