Das 'inoffizielle' LEGO®-Technic-Buch: Kreative Bautechniken für realistische Modelle (German Edition)

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Grundlagen

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Grundlagen
    In diesem Kapitel werden die Grundprinzipien beschrieben, die wir beim Bauen nutzen werden. Dabei geht es nicht darum, alles abzudecken, was ein Maschinenbauer oder Physiker wissen muss, sondern darum, dir praktisches Wissen zu vermitteln. Das Ziel besteht darin, dich mit den Gesetzen der Physik bekannt zu machen, die bei der Konstruktion funktionierender LEGO-Mechanismen eine Rolle spielen. Beginnen wir also mit den Grundlagen.
Geschwindigkeit und Drehzahl
    Die Geschwindigkeit gibt an, wie schnell sich ein Objekt bewegt. Ein augenfälliges Beispiel dafür ist die Angabe, welche Strecke ein Fahrzeug in einer bestimmten Zeit zurücklegen kann. Dies ist die sogenannte lineare oder
Fahrgeschwindigkeit
, die in Kilometern pro Stunde (km/h) gemessen wird.
    Es gibt jedoch noch eine andere Art von Geschwindigkeit, nämlich die
Winkelgeschwindigkeit
oder
Drehzahl
, die angibt, wie schnell sich ein Objekt dreht. Die meisten LEGO-Mechanismen werden von rotierenden Achsen angetrieben, deren Drehbewegungen mithilfe von Rädern oder Kettenfahrwerken in eine lineare Geschwindigkeit übersetzt werden. Daher müssen wir uns mit der Drehzahl auskennen. Die Drehzahl wird in Umdrehungen pro Minute (U/min) gemessen. Die verschiedenen LEGOMotoren weisen unterschiedliche Drehzahlen auf, von weniger als 20 U/min bis zu mehr als 1000 U/min.
Drehmoment
    Das Drehmoment gibt an, welche Drehkraft auf ein Objekt angewendet wird. Wenn beispielsweise ein LEGOMotor eine Achse antreibt, wendet er ein Drehmoment auf diese Achse an. Je mehr Drehmoment ein Motor anwendet, umso stärker wird die Drehung und umso mehr Widerstand ist erforderlich, um den Motor anzuhalten. Ein Motor, der ein ausreichendes Drehmoment erzeugt, um ein 1 kg schweres Fahrzeug anzutreiben, kann beispielsweise stoppen, wenn damit versucht wird, ein 2 kg schweres Fahrzeug in Gang zu setzen.
    In der Welt von LEGO Technic wird das Drehmoment von LEGOMotoren in Newtonzentimetern (N·cm) gemessen. Das Drehmoment, das ein Motor liefern kann, weist bei gegebener Stromquelle einen konstanten Wert auf. Beispielsweise erzeugt der schwächste LEGOMotor ein Drehmoment von 0,5 N·cm, der stärkste von 16,7 N·cm. Wenn du einen Mechanismus dagegen manuell antreibst, ändert sich die Sache: Hier hängt der Betrag des Drehmoments jeweils davon ab, wie viel Körperkraft du selbst aufwendest.
    Es ist sehr wichtig, das Drehmoment richtig zu verstehen, damit du die Möglichkeiten von Motoren und der von ihnen angetriebenen Mechanismen sowie die Belastungsgrenzen von LEGO-Steinen abschätzen kannst. Hohe Drehmomente sorgen für eine Belastung, die LEGO-Steine beschädigen und zerstören kann. Wie du solche Beschädigungen vermeiden kannst, erfährst du in Kapitel 11 . Außerdem werden wir uns dort mit einem noch wichtigeren Thema beschäftigen, nämlich dem Zusammenhang zwischen Drehmoment und Drehzahl.
Leistung
    In diesem Buch steht
Leistung
für
mechanische Leistung
. Diese erhalten wir durch die Multiplikation des Drehmoments mit der Drehzahl. Leistung wird gewöhnlich in Watt (W) angegeben. Je nach Typ weisen die LEGOMotoren eine unterschiedliche Leistung auf, die von 0,021 W bis 2,38 W reichen kann. Der Begriff der Leistung ist eigentlich ziemlich komplex, wir werden ihn hier hauptsächlich als Vereinfachung verwenden, wenn wir »Drehzahl und Drehmoment zusammen« meinen.
    Die Leistung eines LEGOMotors wird von der
Spannung
seiner Stromquelle (also seiner Batterie) bestimmt. Die meisten modernen LEGOMotoren sind für eine Spannung von 9 V ausgelegt. Sie können zwar mit niedrigerer Spannung betrieben werden (wobei sie eine geringere Leistung zeigen), eine höhere Spannung jedoch kann sie beschädigen.
Reibung
    Wenn zwei oder mehr Oberflächen Kontakt miteinander haben und gegeneinander verschoben werden, tritt Reibung auf – eine Kraft, die der Bewegung Widerstand entgegensetzt. Reibung kannst du immer beobachten, wenn zwei LEGO-Bauteile einander berühren und sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegen. Das wiederum bedeutet, dass sämtliche LEGO-Mechanismen durch Reibung zwischen den beteiligten Komponenten beeinträchtigt werden. Durch Reibung geht ein Teil der Eingangskraft verloren, die wir auf das System anwenden, wodurch sowohl das Drehmoment als auch die Drehzahl sinken.
    Je stärker die Teile gegeneinandergedrückt werden, umso höher wird die Reibung. Außerdem hängt sie von der Art der Oberfläche ab: Glatte, feste Oberflächen führen zu einer