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May 20, 2024

Heben Sie eine große Last mit Flüssigkeiten

Eine hydraulisch angetriebene Aktivität von Science Buddies Schlüsselkonzepte PhysikIngenieurwesenEinfache MaschinenKraftDruck Einführung Nicht einmal der stärkste Mensch könnte einen Lastwagen in die Luft heben. Unsere Gehirne,

Eine hydraulisch betriebene Aktivität von Science Buddies

Schlüssel KonzeptePhysikIngenieurwesenEinfache MaschinenKraftDruck

Einführung Nicht einmal der stärkste Mensch könnte einen Lastwagen in die Luft heben. Unser Gehirn ist jedoch schlau genug, ein Werkzeug zu entwickeln, das schwere Gegenstände für uns heben kann: hydraulische Aufzüge! Man findet sie in Autowerkstätten, in Rollstuhlaufzügen und sogar auf Hochhausbaustellen. Sie verwenden Wasser (oder andere Flüssigkeiten), um die Kraft zu erhöhen, die zum Heben von Gegenständen zur Verfügung steht. Und Sie werden in dieser Aktivität die Möglichkeit haben, eines zu bauen! Probieren Sie es aus und entdecken Sie, wie viel einfacher das Heben mit der Kraft des Wassers ist.

Hintergrund Wenn Sie jemals eine Schubkarre benutzt haben, wissen Sie, dass diese beim Heben schwerer Gegenstände hilfreich sein kann: Das Anheben der Griffe der Schubkarre ist einfacher als das Anheben des Gegenstands selbst. Ein hydraulischer Aufzug erfüllt die gleiche Aufgabe. Damit können Sie einen schweren Gegenstand mit viel weniger Kraftaufwand bewegen.

„Hydraulik“ bezieht sich auf Werkzeuge, die durch die Bewegung von Flüssigkeiten wie Wasser oder Öl arbeiten. Sie können keine Flüssigkeiten komprimieren (es sei denn, Sie verfügen über eine spezielle Ausrüstung). Das bedeutet, dass Sie das Volumen einer Flüssigkeit nicht merklich verändern können, egal wie stark Sie auf sie drücken. Versuch es! Füllen Sie eine orale Arzneimittelspritze mit Wasser, verschließen Sie die offene Spitze mit einem Finger und versuchen Sie, den Kolben hineinzudrücken. Sie werden sehen, dass das nicht geht. Selbst wenn man einen Elefanten auf den Kolben setzen könnte, würde dieser die Flüssigkeit in der Spritze nicht komprimieren. Was können Sie also mit dieser Wasserkraft anfangen?

Bei dem Versuch, etwas zu bewegen, ist es nicht nur wichtig, Kraft auszuüben, sondern auch die gesamte Fläche zu berücksichtigen, über die sich die Kraft ausbreitet. Denken Sie an eine Zeit, als Sie mit Play-Doh gespielt haben. Einen Finger in den Teig zu drücken ist einfach, aber mit der Handfläche in den Teig zu drücken ist schwieriger – Sie haben wahrscheinlich mehr Widerstand gespürt. Da Ihre Hand eine größere Oberfläche hat, verteilt sich Ihre Kraft auf eine größere Fläche und der Teig erfährt nicht für jeden Quadratzentimeter so viel Kraft wie bei einem Ein-Finger-Schub. Betrachten Sie dieses Problem nun umgekehrt: Manchmal möchten Sie weniger Kraft pro Quadratzoll, beispielsweise wenn Sie versuchen, etwas anzuheben. Gibt es eine Möglichkeit, ein Objekt auf einer größeren Oberfläche zu platzieren, sodass weniger Druck entsteht, wenn Sie versuchen, es anzuheben? Probieren Sie die Aktivität aus, um es herauszufinden!

Materialien

Vorbereitung

Verfahren

Beobachtungen und Ergebnisse Wahrscheinlich war es für Sie einfacher, das Glas mit der großen Hilfsspritze anzuheben. In dieser Kombination bewegte sich das Glas wahrscheinlich auch um eine viel kürzere Strecke.

Wenn Sie einen Kolben drücken, drückt die Flüssigkeit im geschlossenen System mit gleichem Druck gegen den anderen Kolben. Da Druck dadurch entsteht, dass Kraft auf eine Fläche ausgeübt wird, erzeugt ein kleiner Druck auf eine kleine Fläche den gleichen Druck wie ein viel größerer Druck auf eine viel größere Fläche. Aus diesem Grund kann ein hydraulischer Aufzug eine Kraft vervielfachen: Sie drücken auf einen kleinen Kolben, der erzeugte Druck bewegt sich durch die Flüssigkeit zu einem viel größeren Kolben, und die Belastung des größeren Kolbens spürt einen viel stärkeren Druck als der, den Sie zuerst ausgeübt haben gemacht. Aus diesem Grund war es einfacher und wenn man es versuchte, konnte man mit einer großen Hilfsspritze mehr Gewicht bewegen als mit einer kleinen.

Haben Sie gesehen, wie dabei Flüssigkeit von einer Säule in die andere übertragen wurde? Da sich das Flüssigkeitsvolumen nicht ändert, bewegt sich der größere Kolben nicht so stark wie der kleinere Kolben. Aber das ist der Nachteil, wenn man einen schweren Gegenstand heben kann!

Mehr zu entdecken Jack it Up! Heben Sie eine Last mit Hydraulik, von Science Buddies. Die Kraftvervielfachung durch ein hydraulisches System, von Wisc Online. Schweres Heben mit einem Hebel, von Scientific American. MINT-Aktivitäten für Kinder, von Science Buddies

Diese Aktivität wurde in Zusammenarbeit mit Science Buddies für Sie durchgeführt

Meghan Bartels

Andrea Thompson

Timothy Kundro, Samir Nurmohamed, Hemant Kakkar und Salvatore Affinito | Meinung

Sarah Scoles

Lauren Leffer

Kate Evans