Einstellungstest üben: Technisches Verständnis (Mechanik)
- Mechanik: Hebel, Zahnräder, Rollen und Flaschenzug
- 15 Fragen
- 18 Minuten
Fünfzehn Aufgaben zu Hebeln, Zahnrädern, Rollen und Flaschenzügen, wie sie in Einstellungstests für technische Ausbildungsberufe vorkommen. Tipp: Fast alles lässt sich mit dem Hebelgesetz und der Regel „weniger Kraft, mehr Weg“ lösen.
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Frage 1
Am kurzen Ende eines Hebels liegt eine Last von 300 N, 0,4 m vom Drehpunkt entfernt. Am anderen Ende, 1,2 m vom Drehpunkt entfernt, drückst du mit der Kraft F nach unten.
Wie groß muss F mindestens sein, damit der Hebel im Gleichgewicht ist? (Eigengewicht des Hebels vernachlässigen)
Richtige Antwort: C
Hebelgesetz: Kraft · Kraftarm = Last · Lastarm, also F · 1,2 m = 300 N · 0,4 m = 120 Nm. Daraus folgt F = 100 N. 900 N entsteht, wenn man die Arme vertauscht.
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Frage 2
Bei einer Schubkarre ist das Rad der Drehpunkt. Die Last von 600 N liegt 0,5 m von der Radachse entfernt, die Griffe sind 1,5 m von der Radachse entfernt. Mit welcher Kraft musst du die Griffe anheben?
Richtige Antwort: A
Auch hier gilt Kraft · Kraftarm = Last · Lastarm: F · 1,5 m = 600 N · 0,5 m = 300 Nm, also F = 200 N. Weil der Kraftarm dreimal so lang ist, brauchst du nur ein Drittel der Last.
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Frage 3
Vier Zahnräder greifen nacheinander ineinander. Zahnrad A wird im Uhrzeigersinn angetrieben (Zahnräder vereinfacht als Kreise gezeichnet).
In welche Richtung dreht sich Zahnrad D?
Richtige Antwort: B
Zwei ineinandergreifende Zahnräder drehen sich immer gegensinnig. A dreht im Uhrzeigersinn, B dagegen, C wieder im Uhrzeigersinn und D gegen den Uhrzeigersinn. Die Größe der Räder ändert daran nichts.
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Frage 4
Ein Antriebszahnrad mit 20 Zähnen dreht sich mit 300 Umdrehungen pro Minute. Es greift in ein Zahnrad mit 60 Zähnen. Wie schnell dreht sich das große Zahnrad?
Richtige Antwort: D
Pro Minute greifen 20 · 300 = 6.000 Zähne ineinander. Das große Rad mit 60 Zähnen dreht sich also 6.000 : 60 = 100-mal pro Minute. Das größere Rad dreht immer langsamer, deshalb kann 900 nicht stimmen.
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Frage 5
Drei Zahnräder greifen nacheinander ineinander: Rad 1 hat 40 Zähne, Rad 2 hat 20 Zähne und Rad 3 hat 30 Zähne. Welches Rad dreht sich am schnellsten?
Richtige Antwort: C
An der Berührstelle laufen alle Zähne gleich schnell durch. Das Rad mit den wenigsten Zähnen muss sich dafür am häufigsten drehen, also Rad 2 mit 20 Zähnen.
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Frage 6
Du ziehst eine Last mit einem Seil über eine feste Rolle, die an der Decke hängt. Was bewirkt die feste Rolle (ohne Reibung)?
Richtige Antwort: B
An einer festen Rolle ist die Zugkraft so groß wie die Last. Du kannst aber nach unten ziehen, um die Last nach oben zu bewegen. Kraft sparst du erst mit einer losen Rolle.
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Frage 7
Eine Last von 500 N hängt an einer losen Rolle. Das Seil ist oben an der Decke befestigt, läuft um die lose Rolle und dann über eine feste Rolle zur Zugkraft F.
Wie groß ist F, wenn du Reibung und das Gewicht der Rollen vernachlässigst?
Richtige Antwort: D
Die lose Rolle hängt an zwei tragenden Seilstücken, jedes trägt die Hälfte der Last: 500 N : 2 = 250 N. Die feste Rolle lenkt das Seil nur um und spart keine weitere Kraft.
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Frage 8
Ein Flaschenzug hat zwei feste und zwei lose Rollen. Die untere Rollengruppe mit der Last hängt an 4 tragenden Seilstücken. Die Last wiegt 800 N. Welche Zugkraft ist ohne Reibung und Rollengewicht nötig?
Richtige Antwort: B
Die Last verteilt sich gleichmäßig auf die 4 tragenden Seilstücke: 800 N : 4 = 200 N. 400 N wären es nur bei zwei tragenden Seilstücken.
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Frage 9
Mit demselben Flaschenzug (4 tragende Seilstücke) soll die Last um 1,5 m angehoben werden. Wie viel Seil musst du dafür ziehen?
Richtige Antwort: D
Jedes der 4 tragenden Seilstücke muss um 1,5 m kürzer werden, also ziehst du 4 · 1,5 m = 6 m Seil. Die gesparte Kraft bezahlst du mit einem längeren Weg.
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Frage 10
Welche Aussage beschreibt die „goldene Regel der Mechanik“?
Richtige Antwort: A
Hebel, Rollen und schiefe Ebenen verringern die nötige Kraft, verlängern aber den Weg im selben Verhältnis. Die Arbeit (Kraft · Weg) bleibt ohne Reibung gleich; mehr Arbeit herausholen kann keine Maschine.
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Frage 11
Eine Kiste mit einer Gewichtskraft von 600 N wird eine Rampe hinaufgeschoben. Die Rampe ist 3 m lang und überwindet 1 m Höhe. Welche Kraft entlang der Rampe ist ohne Reibung nötig?
Richtige Antwort: A
Die Arbeit ist dieselbe wie beim senkrechten Heben: 600 N · 1 m = 600 Nm. Auf 3 m Rampe verteilt braucht man F = 600 Nm : 3 m = 200 N.
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Frage 12
Eine festsitzende Schraube lässt sich mit einem längeren Schraubenschlüssel leichter lösen. Warum?
Richtige Antwort: B
Das Drehmoment ist Kraft mal Hebelarm. Mit doppelt so langem Schlüssel erreichst du mit derselben Handkraft das doppelte Drehmoment an der Schraube. An der Reibung im Gewinde ändert der Schlüssel nichts.
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Frage 13
Zwei Riemenscheiben sind mit einem über Kreuz gelegten Riemen verbunden. Die linke Scheibe dreht sich im Uhrzeigersinn. Wie dreht sich die rechte Scheibe?
Richtige Antwort: C
Ein gekreuzter Riemen kehrt die Drehrichtung um, die rechte Scheibe dreht also gegen den Uhrzeigersinn. Bei einem offenen, nicht gekreuzten Riemen drehen sich beide Scheiben in dieselbe Richtung.
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Frage 14
Am Fahrrad hat das vordere Kettenblatt 48 Zähne, das hintere Ritzel 16 Zähne. Wie oft dreht sich das Hinterrad bei einer vollen Kurbelumdrehung?
Richtige Antwort: A
Bei einer Kurbelumdrehung zieht die Kette 48 Zähne weiter. Das Ritzel mit 16 Zähnen dreht sich dafür 48 : 16 = 3-mal, und mit ihm das Hinterrad.
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Frage 15
Auf einer Wippe sitzt links ein Kind mit 300 N Gewichtskraft, 1,5 m vom Drehpunkt entfernt. Rechts setzt sich ein Kind mit 450 N Gewichtskraft hin. Wie weit vom Drehpunkt muss es sitzen, damit die Wippe im Gleichgewicht ist?
Richtige Antwort: D
300 N · 1,5 m = 450 N · x, also 450 Nm = 450 N · x und x = 1 m. Das schwerere Kind muss näher am Drehpunkt sitzen; 2,25 m wäre die falsche Richtung.
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