Haben Sie sich jemals in die Lage eines Menschen versetzt, der vor Tausenden von Jahren lebte, und sich gefragt, wie die Menschen vor langer Zeit ohne moderne Annehmlichkeiten und Technologie lebten? Wie wurden Gebäude gebaut? Wie kamen die Leute herum, wenn es keine Autos, Kutschen oder sogar Fahrräder gab?
Stellen Sie sich vor, Sie müssen Baumaterialien, wie z. B. schwere Steinplatten, von einem Steinbruch zum kilometerweit entfernten Standort Ihres neuen Gebäudes transportieren. Wie würden Sie dies tun, ohne einen LKW mit Rädern oder sogar einen rollenden Wagen? Irgendwie haben die Menschen dies Tausende von Jahren ohne die Hilfe eines Rades und einer Achse getan!
Obwohl das Rad und die Achse oft mit sehr frühen Menschen oder „Höhlenmenschen“ in Verbindung gebracht werden, wurde es relativ neu erfunden. Es war eine so komplexe und herausfordernde Erfindung, dass sie viel später in unserer Zeit hier auf der Erde kam, während einer Periode der Menschheitsgeschichte, die Bronzezeit genannt wurde.
Niemand weiß genau, wie das Rad und die Achse erfunden wurden, aber wir wissen, dass es zu einer Zeit erfunden wurde, als die Menschen bereits begonnen hatten, Segelboote zu bauen und Metalllegierungen wie Bronze zu gießen. Historiker glauben, dass das Rad und die Achse über 5.500 Jahre alt sind und wahrscheinlich zuerst im Nahen Osten oder möglicherweise weiter nördlich in Osteuropa entwickelt wurden. Es gilt als eine der sechs einfachen Maschinen, zusammen mit dem Hebel, der Riemenscheibe, der schiefen Ebene, dem Keil und der Schraube.
Können Sie sich eine Welt ohne Rad und Achse vorstellen? Viele Jobs wären viel schwieriger und der Transport würde sicherlich viel anders aussehen als heute. In vielerlei Hinsicht drehen Rad und Achse die Welt (kein Wortspiel beabsichtigt!).
Manche mögen es seltsam finden, ein Rad und eine Achse als Maschine zu bezeichnen. In wissenschaftlicher Hinsicht ist eine Maschine jedoch einfach etwas, das eine Kraft größer macht. Mit anderen Worten, wenn Sie eine Kraft auf eine Maschine anwenden, erhöht sich die Größe der Kraft und wendet diese größere Kraft an einer anderen Stelle an.
Zum Beispiel ist ein Hammer eine Maschine. Denken Sie an die Arbeit, die es macht, einen Nagel in ein Stück Holz zu schieben. Sie könnten es ohne Hammer so gut wie möglich versuchen, aber Sie könnten keinen Nagel mit bloßen Händen in ein Stück Holz drücken. Mit einem Hammer können Sie jedoch auf den Nagelkopf klopfen, bis er fest im Holz eingebettet ist.
Wie macht ein Rad und eine Achse eine Kraft größer? Denken Sie daran, einkaufen zu gehen. Sie füllen Ihren Warenkorb bis zum Rand und rollen ihn zur Kasse und schließlich zu Ihrem Auto. Überlegen Sie nun, wie viel Kraft Sie aufwenden müssten, um diesen Wagen zu bewegen, wenn er keine Räder hätte.
Können Sie sich vorstellen, es über den Boden durch den Laden zu Ihrem Auto zu ziehen? Die Räder multiplizieren die Kraft, mit der Sie den Wagen schieben, reduzieren die Reibung und erhöhen die Hebelwirkung auf dem Weg, sodass Sie eine schwere Last ganz einfach bewegen können.
Das Rad und die Achse können auch Geschwindigkeit und Distanz multiplizieren. Wenn Sie beispielsweise Fahrrad fahren, üben Sie Kraft auf die Achse aus. Die Achse wiederum überträgt diese Kraft auf das angebrachte Rad, das viel größer ist und es Ihnen ermöglicht, sich weiter und schneller zu bewegen, als Sie könnten, indem Sie einfach nur Kraft auf die Achse ausüben.
Andere Beispiele für Rad und Achse sind Türgriffe, Schraubendreher, Lenkräder und sogar Schneebesen. Wissenschaftler nennen den Betrag, mit dem ein Rad und eine Achse eine Kraft multiplizieren, ihren mechanischen Vorteil. Der mechanische Vorteil eines Rades und einer Achse kann berechnet werden, indem der Radius des Rades durch den Radius der Achse dividiert wird.
Wenn beispielsweise der Radius eines Rades 24 Zoll und der Radius seiner Achse vier Zoll beträgt, beträgt sein mechanischer Vorteil 24 geteilt durch vier oder sechs. Ein mechanischer Vorteil von sechs bedeutet, dass das Rad und die Achse eine Kraft sechsmal multiplizieren oder es Ihnen ermöglichen, eine Aufgabe mit einem Sechstel der Kraft zu erledigen, die Sie sonst benötigen würden.