Hebel und Zahnradgetriebe

Levers and Gears

Heimat- und Sachunterricht Klasse 4 18 Aufgaben

TechnikPhysikMechanik

Flaschenöffner, Locher, Schubkarre, Handrührgerät, Fahrradschaltung: Die Kinder finden Drehpunkt, Kraftarm und Lastarm und zählen Zähne an Zahnrädern. Sie erfahren, dass ein langer Kraftarm weniger Kraft braucht — viele Kinder vermuten das Gegenteil — und dass ein Getriebe Kraft gegen Weg oder Tempo tauscht. Bereitet das Hebelgesetz in Physik 8 und Getriebe im Werken vor.

Voraussetzungen (1)

Werkzeuge und ihre Funktion

Klasse 1

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Leicht

Multiple Choice #1 10s ▶ Testen

Welcher Alltagsgegenstand funktioniert wie ein Hebel?

○ Ein Ball
● Eine Schere
○ Ein Spiegel

Eine Schere ist ein doppelter Hebel. Der Drehpunkt ist die Schraube in der Mitte, die Griffe sind die Kraftarme und die Klingen die Lastarme.

Wahr / Falsch #2 10s ▶ Testen

Mit einem Hebel kann man schwere Dinge leichter bewegen.

✓ Wahr

Richtig! Mit einem langen Kraftarm braucht man weniger Kraft. Mit einem langen Hebel kann man sogar sehr schwere Lasten heben.

Lückentext #3 10s ▶ Testen

Ein Hebel dreht sich um einen festen Punkt, den man ___ nennt.

✓ Antwort: Drehpunkt

Der Drehpunkt (auch Stützpunkt) ist der Punkt, um den sich der Hebel dreht. Er teilt den Hebel in Kraftarm und Lastarm.

Multiple Choice #4 10s ▶ Testen

Was ist ein Zahnrad?

○ Ein Rad ohne Reifen
● Ein Rad mit Zähnen am Rand, das in ein anderes Zahnrad greift
○ Ein Lenkrad

Zahnräder haben Zähne am Rand, die ineinandergreifen. So wird eine Drehbewegung von einem Rad auf das andere übertragen.

Wahr / Falsch #5 10s ▶ Testen

Zwei ineinandergreifende Zahnräder drehen sich in die gleiche Richtung.

✓ Falsch

Falsch! Wenn zwei Zahnräder ineinandergreifen, dreht sich das eine im Uhrzeigersinn und das andere gegen den Uhrzeigersinn.

Wahr / Falsch #6 12s ▶ Testen

Ein Kleiderbügel hängt mittig an seinem Haken. Zwei gleich schwere nasse Socken hängen daran — eine ganz außen links, eine rechts dicht neben dem Haken. Der Bügel hängt gerade.

✓ Falsch

Falsch. Gleich schwere Socken halten den Bügel nur gerade, wenn sie gleich weit vom Haken hängen. Die Socke ganz außen zieht stärker, also kippt die linke Seite nach unten.

Mittel

Multiple Choice #1 15s ▶ Testen

Wo ist bei einer Schubkarre der Drehpunkt?

● Am Rad
○ An den Griffen
○ In der Mitte der Wanne

Die Schubkarre dreht sich um die Achse des Rades. Die Last in der Wanne liegt nah am Drehpunkt, die Griffe sind weit weg: langer Kraftarm, kurzer Lastarm. Deshalb kann man mit ihr schwere Lasten anheben.

Multiple Choice #2 15s ▶ Testen

Was passiert, wenn ein großes Zahnrad ein kleines antreibt?

○ Das kleine dreht sich langsamer
● Das kleine dreht sich schneller
○ Beide drehen sich gleich schnell

Wenn ein großes Zahnrad ein kleines antreibt, dreht sich das kleine schneller. Das ist das Prinzip der Übersetzung in Getrieben.

Lückentext #3 10s ▶ Testen

Je länger der Kraftarm eines Hebels ist, desto ___ Kraft braucht man.

✓ Antwort: weniger

Ein langer Kraftarm bedeutet, dass man weniger Kraft aufwenden muss, um die Last zu bewegen. Das ist der Vorteil des Hebels.

Wahr / Falsch #4 10s ▶ Testen

In einer Fahrradschaltung werden Zahnräder verschiedener Größe verwendet.

✓ Wahr

Richtig! Die Fahrradschaltung nutzt verschieden große Zahnräder (Ritzel und Kettenblatt). Damit kann man leichter bergauf oder schneller in der Ebene fahren.

Multiple Choice #5 15s ▶ Testen

Welches Werkzeug nutzt das Hebelprinzip besonders gut?

○ Ein Lineal
● Ein Brecheisen
○ Ein Pinsel

Ein Brecheisen ist ein langer Hebel. Mit ihm kann man Nägel herausziehen oder schwere Dinge aufhebeln, weil man am langen Ende nur wenig Kraft braucht.

Multiple Choice #6 20s ▶ Testen

Ein großes Zahnrad mit 30 Zähnen treibt ein kleines mit 10 Zähnen an. Wie oft dreht sich das kleine, wenn sich das große einmal dreht?

● 3-mal
○ 1-mal
○ 20-mal

Bei einer Umdrehung schiebt das große Rad 30 Zähne weiter. Das kleine Rad hat nur 10 Zähne, also dreht es sich 30 : 10 = 3-mal. 20 = 30 − 10 zieht ab statt zu teilen; 1-mal übersieht, dass die Räder verschieden groß sind.

Multiple Choice #7 20s ▶ Testen

An einem Mobile hängt links ein Holzfisch (20 g), 6 cm vom Faden in der Mitte. Rechts soll ein Seestern (40 g) hängen. Wo muss er hin, damit der Stab waagerecht bleibt?

● 3 cm vom Faden
○ 6 cm vom Faden
○ 12 cm vom Faden

Doppelt so schwer, halb so weit: 40 · 3 = 20 · 6. Bei 6 cm würde der Seestern nach unten ziehen, bei 12 cm noch stärker. Das Schwerere gehört näher an die Mitte.

Multiple Choice #8 15s ▶ Testen

Eine Fahrradmutter sitzt sehr fest. Mia nimmt einen Schraubenschlüssel mit 10 cm langem Griff, Paul einen mit 30 cm langem Griff. Beide fassen ganz am Ende an. Wer braucht weniger Kraft?

● Paul
○ Mia
○ Beide gleich viel

Paul. Die Mutter ist der Drehpunkt, der Schlüssel ist ein Hebel. Je weiter vom Drehpunkt man zieht, desto weniger Kraft braucht man. Pauls Griff ist dreimal so lang, also reicht ihm ein Drittel von Mias Kraft.

Schwer

Multiple Choice #1 20s ▶ Testen

Archimedes sagte: 'Gebt mir einen Hebel, der lang genug ist, und ich hebe die Welt aus den Angeln.' Was meinte er damit?

○ Er wollte die Erde zerstören
● Er wollte zeigen, dass man mit einem langen Hebel riesige Lasten bewegen kann
○ Er wollte eine neue Welt bauen

Archimedes erkannte, dass man mit einem genügend langen Hebel theoretisch jede Last bewegen kann – je länger der Kraftarm, desto weniger Kraft braucht man.

Lückentext #2 15s ▶ Testen

Ein Getriebe, das die Drehzahl erhöht, nennt man eine ___ ins Schnelle.

✓ Antwort: Übersetzung

Bei einer Übersetzung ins Schnelle treibt ein großes Zahnrad ein kleines an. Das kleine dreht sich schneller, hat aber weniger Kraft.

Wahr / Falsch #3 10s ▶ Testen

Ein Nussknacker funktioniert nach dem Hebelprinzip.

✓ Wahr

Richtig! Beim Nussknacker drückt man mit wenig Kraft an den langen Griffen, und an der kurzen Seite entsteht große Kraft, die die Nuss knackt.

Multiple Choice #4 15s ▶ Testen

Lea fährt einen steilen Berg hinauf. Mit welchem Ritzel hinten tritt sie am leichtesten?

○ Mit dem kleinsten Ritzel
● Mit dem größten Ritzel
○ Mit jedem gleich leicht

Ein großes Ritzel hinten macht das Treten leichter: Pro Pedalumdrehung dreht sich das Hinterrad weniger oft, dafür braucht man weniger Kraft – gut bergauf. Kleine Ritzel hinten machen schnell, aber schwer. Darum hat das Fahrrad verschiedene Ritzel.