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Lose Rolle - Kräfte verständlich erklären

Wenn im Physikunterricht von einem Flaschenzug gesprochen wird, dann wird damit zumeist auch gleich der Begriff der Rolle eingeführt. Im Folgenden erfahren Sie, wie sich die Kräfte in einer losen Rolle erklären lassen.

Flaschenzüge finden sich überall.
Flaschenzüge finden sich überall.

Rollen sind im Allgemeinen Kraft umformende Einrichtungen, die man auch aus der Umwelt kennt. Das Prinzip der Rollen wird zum Beispiel bei Kränen verwendet, um schwere Lasten zu ziehen. Mehrere Rollen im Verbund bezeichnet man als Flaschenzug, der sich meist aus losen Rollen und festen Rollen zusammensetzt. Eine feste Rolle ändert ihre Position beim Benutzen nicht, eine lose Rolle hingegen liegt in der Seilführung, wodurch sie von den Seilen sozusagen getragen wird.

Kräfte in der losen Rolle

Legende: "F" = Kraft, "s" = Weg

  • Im Gegensatz zur festen Rolle, bei der einfach nur die Richtung der Kraft geändert wird, kann man durch eine lose Rolle den Betrag der aufzuwendenden Kraft verringern.
  • Hängt man ein Gewicht an eine lose Rolle, so wirkt diese Kraft "FL" nach unten, da auf sie die Gravitationskraft wirkt. Diese Kraft "FL" wird dabei auf beide Seiten der losen Rolle aufgeteilt, da sich die Last auf zwei Seile verteilt.
  • Wenn jede Seite des Seils also die Hälfte der Kraft "FL" aufbringt, so gilt für die Kraft "FZ", also die Kraft, die man benötigt, um das Gewicht nach oben zu ziehen: FZ = 1/2 FL.
  • Letztendlich bedeutet dies, dass sich eine Last oder ein Gewicht mit dem halben Kraftaufwand nach oben ziehen lässt.
  • Der Zugweg "sz" jedoch verdoppelt sich. Um also ein Gewicht beispielsweise einen Meter zu heben, braucht man einen Zugweg (Hub) von zwei Metern. Für die Berechnung des Zugweges ergibt sich also: "sz" = 2 x "sl (der Hub)". In dem gewählten Beispiel wäre der Hub einen Meter ("sl") wonach für den Zugweg "sz" gilt, dass dieser doppelt so groß sein muss, also zwei Meter.
  • Die Arbeit allerdings, die sich aus dem Produkt der Kraft und des Weges zusammensetzt, bleibt, egal bei welcher Rolle, immer dieselbe. Es gilt: wer an Kraft spart, muss an Weg dazulegen.
  • All diese Angaben stimmen nur unter der Vernachlässigung der Reibung.
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