Kräfte an einer geneigten Ebene
Eine geneigte Ebene hat eine bestimmte Länge,
eine Höhe und eine
Basis (Bild 2). Auf einen
Körper, der sich auf einer solchen Ebene befindet, wirkt die Gewichtskraft.
Diese kann in zwei Komponenten zerlegt werden. Die eine Komponente verläuft
in Richtung der geneigten Ebene und wird als Hangabtriebskraft
bezeichnet. Die andere steht senkrecht zur geneigten Ebene und wird Normalkraft
genannt.
Die Beträge von Normalkraft und Hangabtriebskraft hängen von
der Gewichtskraft des Körpers und von der Neigung der Ebene ab:
Die Kräfte lassen sich auch aus Höhe, Länge und Basis der geneigten Ebene berechnen. Es gelten die folgenden Gleichungen:
Mechanische Arbeit an geneigten Ebenen
Für geneigte Ebenen gilt wie für alle kraftumformende Einrichtungen
die Goldene Regel der Mechanik:
Was man an Kraft spart, muss man an Weg zusetzen.
Wird die Reibung vernachlässigt, dann gilt:
Die zum Bewegen einer Last aufzuwendende
Arbeit ist genauso groß wie die Arbeit, die zum Heben
der Last erforderlich ist.
In der Praxis wirkt aber ständig Reibung. Deshalb ist die tatsächlich aufzuwendende Arbeit stets größer als die Arbeit, die zum Heben der Last erforderlich ist.
Straßen als geneigte Ebenen
Ansteigende oder abfallende Straßen
sind geneigte Ebenen. Bei stärkeren Neigungen oder bei Gefälle
wird manchmal die Neigung der Straße in Prozent angegeben. Unter
der Neigung einer Straße versteht man das Verhältnis des Höhenunterschiedes
zu der betreffenden Länge der Strecke. 8 % Steigung bedeutet: Auf
einer Strecke von 100 m beträgt der Höhenunterschied 8 m.