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 Test - Kraftübertragung in technischen Systemen

Welche der folgenden Aussagen sind richtig?


1)   Für das tägliche Leben haben Bewegung und Kraftübertragung eine zentrale Bedeutung. Was kann man sich unter Kraftbewegung in biologischen und technischen Systemen vorstellen?

a)  Es handelt sich bei diesem Begriff um Systeme, die Bewegung durch Kraftübertragung ermöglichen. Dabei handelt es sich bei der Kraftübertragung um eine biologische-mechanische oder technische Möglichkeit, eine Kraft innerhalb eines Systems zu übertragen. Handelt es sich dabei um ein Teil eines technischen Systems das Kraft überträgt, wird dieses als Getriebe bezeichnet.

b)   Es handelt sich bei diesem Begriff um Systeme, die mechanische Energie erzeugen. Dazu wird elektrische oder elektromagnetische Energie in mechanische Energie umgewandelt, wie beispielsweise beim Dynamo.

 

2)   Im Rahmen des Biologieunterrichts lernen wir Muskeln als biologische Antriebssysteme kennen. Lassen sich diese mit technischen Antriebssystemen vergleichen?

a)  Beide Systeme sind vergleichbar. Sowohl in biologischen als auch technischen Systemen liegen vergleichbare Strukturen zur Kraftübertragung vor, diese werden auch mit den gleichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten beschrieben. So werden im menschlichen Körper Bewegungen durch Gelenke ermöglicht, ähnlich wie in technischen Systemen.

b)  Beide Systeme sind nicht vergleichbar. In biologischen Systemen wird die Kraftübertragung mit Hilfe von mechanischen Gesetzmäßigkeiten beschrieben. In technischen Systemen wird hingegen die Kraftübertragung nur durch elektrische bzw. elektromagnetische Gesetzmäßigkeiten beschrieben.
 
 

3)  Zur Wiederholung: Betrachten wir uns die Entstehung einer Bewegung in einem biologischen System und wann liegt dieses System im Gleichgewicht?

a)   Bewegung im biologischen System wird durch mechanische Energie bewerkstelligt. Eine Bewegung läuft zwischen zwei Knochen ab, die sich als Gegenspieler bewegen. Durch diese Zug- und Gegenzugkraft entsteht eine Bewegung. Die Bewegung im menschlichen Körper ist erst dadurch möglich, dass ein Knochen nicht starr ist, sondern biegbar. Ein biologisches System liegt im Gleichgewicht, wenn ein Teil des Systems in Gleichgewicht ist

b)   Bewegungen entstehen durch Zusammenziehen von Muskeln, die über Gelenke übertragen werden. Dabei arbeiten die sogenannten Beugungsmuskeln und Streckmuskeln als "Gegenspieler". Analog zu technischen Systemen gilt auch bei technischen Systemen, dass ein Mehrkörpersystem (z.B. mehrere Muskeln) genau dann im Gleichgewicht ist, wenn alle Einzelkörper im Gleichgewicht sind.
 
 

4)  Zur Kraftübertragung eignet sich der sogenannte "Hebel". Wie ist ein Hebel aufgebaut und welche Gesetzmäßigkeiten gelten hierbei?

a)  Ein Hebel "dreht" sich bei einer Belastung um einen Drehpunkt. Die "Stangen", die von einem Hebel weggehen, werden als Hebelarme bezeichnet. Hierbei unterscheidet man den einseitigen und zweiseitigen Hebel. Betrachten wir beispielsweise einen zweiseitigen Hebel, so gilt: Das Produkt aus Länge des Hebelarms und Kraft ist für beide Hebelarme gleich

b)  Bei einem Hebel handelt es sich um eine Vorrichtung zur Übertragung von Kraft. Dabei sind zwei "Stangen" über ein Gelenk verbunden. Die Kraft kann daher umgelenkt werden, d.h. die Richtung der Kraft ist beliebig änderbar.
 
 

5)  Wir betrachten uns nun einen zweiseitigen Hebel, als technisches System für eine Kraftübertragung. Was gilt, wenn der Hebel im Gleichgewicht ist und ich die Länge eines Hebels verdopple?

a)  Liegt ein zweiseitiger Hebel im Gleichgewicht und man verdoppelt die Länge eines Hebelarms, so muss an diesem die doppelte Kraft angesetzt werden.

b)   Ist das System im Gleichgewicht und man verdoppelt die Länge eines Kraftarms, so muss nur noch die halbe Kraft an diesem Kraftarm angesetzt werden.
 
 

6)  Ein technisches System zur Kraftübertragung ist der sogenannte Flaschenzug. Wie ist ein Flaschenzug aufgebaut und wie funktioniert ein Flaschenzug?

a)  Ein typischer Flaschenzug besteht aus mehreren (festen und losen) Rollen und Seilen. Die lose Rolle dient dabei als Kraft sparende Einrichtung, während die feste Rolle dazu dient, um (zusätzlich zur Krafteinsparung) noch die Richtung der Kraft zu verändern. Ein Flaschenzug wird hauptsächlich eingesetzt, um schwere Lasten zu heben. Die nötige Zugkraft ergibt sich aus der Anzahl an Seilstücken n: F(Zugkraft) = F(Gewichtskraft) : n 

b)  Ein typischer Flaschenzug besteht auf einer (oder mehreren) losen Rollen. Die lose Rolle dient dabei als Kraft sparende Einrichtung und dazu, die Richtung der Kraft zu verändern. Die nötige Zugkraft ergibt sich aus der Anzahl an Seilstücken n: F(Zugkraft) = F(Gewichtskraft) · n 

 

7)  Wie wird bei Fahrzeugen die Kraftübertragung gewährleistet?

a)  Bei Fahrzeugen werden unter anderem Gelenke und Wellen zur mechanischen Kraftübertragung verwendet. Diese Teilsysteme, die eine Kraft innerhalb eines größeren Systems übertragen, werden Getriebe genannt. Bei einem Kraftfahrzeug sind dies das (manuell oder automatische) Getriebe, das Achsgetriebe, die Antriebs- und Gelenkwellen.

b)  Bei allen Fahrzeugen wird die Kraftübertragung durch elektromagnetische Kraftübertragung gewährleistet. Dabei wird durch die Autobatterie genügend elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt, die an über die sogenannten Antriebswellen das Achsgetriebe antreibt. 
 
 

 

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