Grundlagen der Mechanik

Elektrische Antriebe haben in weiten Gebieten die Aufgabe des Antreibens von Maschinen übernommen. In der Theorie beginnt die Antriebstechnik mit der Mechanik. Dieses Kapitel ist eine kleine Einführung.

Volumen und Masse

Geschwindigkeit und Beschleunigung

Die Kraft

Wiederholung

Volumen und Masse

1. Volumen

Das Volumen ist der Rauminhalt eines Körpers. Grundsätzlich wird es mit der Grundfläche und der Körperhöhe berechnet. Schlaue Leute bestimmen das Volumen bei unregelmäßigen Körpern mit Hilfe der Verdrängung von Wasser.

Die gebräuchlichen Einheiten für das Raummaß sind:

2. Masse

Die Masse eines Körpers ist für seine Trägheit entscheidend. Sie errechnet sich aus dem Volumen V und der Dichte r :

Die Tabelle zeigt einige Werte für die Dichte:

Werkstoff		r in kg/dm³
Metalle	Silber (Ag)	10,50
	Kupfer (Cu)	8,93
	Gold (Au)	19,28
	Aluminium (Al)	2,70
	Zink (Zn)	7,13
	Eisen (Fe)	7,87
`Flüssigkeiten`	`Quecksilber`	`13,56`
	`Wasser`	`1,00`
	`Benzin`	`0,66`
Gase	Luft	1,29
Gase	Helium	0,19

Geschwindigkeit und Beschleunigung

1. Geschwindigkeit

Nehmen wir an, ein Körper bewegt sich in einer Stunde 12km weit. Er ist dabei immer gleich schnell unterwegs. So ist seine gleichförmige Geschwindigkeit v :

Sie beträgt also zwölf Kilometer pro Stunde. Die Geschwindigkeit berechnet man:

oder allgemein mit Formelzeichen:

2. Beschleunigung

Nimmt die Geschwindigkeit immer mehr zu, spricht man von einer Beschleunigung a.

Das führt zu der Einheit m/s Geschwindigkeitszunahme pro s, oder besser m/s². Die Beschleunigung wird allgemein wie folgt berechnet:

Auf die Erde fallende Körper werden ebenfalls immer schneller, sie werden also beschleunigt. Die Beschleunigung auf der Erde ist nahezu überall gleich und beträgt im Durchschnitt:

Die Erdbeschleunigung g = 9,81m/s²

Die Kraft

Statik

Die Erde übt auf jeden Körper eine Anziehungskraft aus. Es wirkt die Gewichtskraft G :

Dynamik

Wird ein Körper beschleunigt oder ändert er die Bewegungsrichtung, wirkt auf ihn eine Kraft F :

Newton schuf mit seinem Hauptwerk 'Philosophiae naturalis principia mathematica' (Mathematische Grundlagen der Naturwissenschaft) die Grundlagen zur Berechnung in der Mechanik.

Die Einheit der Kraft trägt seinen Namen. [F] = 1N

Kräfte sind die Ursache einer Beschleunigung, einer Richtungsänderung oder einer Verformung von Körpern.


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