Schiefe Ebene

Eine Schiefe Ebene ist eine Rampe, die benutzt wird, um den Kraftaufwand zur Höhenveränderung einer Masse innerhalb eines Gravitationsfeldes zu verringern.

Durch die Errichtung einer Rampe dieser Art erkauft man sich sich einen kleineren Kraftaufwand im Gegenzug für einen weiteren Weg. Je geringer die Steigung der Schiefen Ebene hierbei ist, desto weniger Kraft wird benötigt, aber um so länger wird der Weg.

Anwendungen dieses Prinzips finden sich zuhauf: Serpentinenstraßen in Bergen, Rampen, die im Altertum zur Errichtung von Gebäuden benutzt wurden, Fahrrad- oder Rollstuhlauffahrten etc. Schrauben kann man alternativ auch als Nägel mit einer aufgewickelten Schiefen Ebene betrachten.

Siehe auch: Liste bedeutender Erfindungen, Flaschenzug, Schraube

Physikalische Grundlagen

Die Gewichtskraft F_G einer Masse, die sich auf einer Schiefen Ebene befindet, wird in zwei Komponenten zerlegt, die Hangabtriebskraft F_H und die Normalkraft F_N. Da die Normalkraft bereits von der Schiefen Ebene selbst getragen wird, muss, um die Masse im Gleichgewicht zu halten, lediglich die Hangabtriebskraft ausgeglichen werden. Unter realen Bedingungen ist dies bei niedrigen Winkeln oft bereits allein durch Haftkraft/Reibungskraft F_R der Masse der Fall.

Formeln

Mit

F_R : Reibungskraft oder Haftkraft

F_N : Normalkraft

F_H : Hangabtriebskraft

F_G : Gewichtskraft der Masse

α : Steigungswinkel der schiefen Ebene

μ : Haftreibungszahl