Im Feuerwehrdienst wird die Mechanik speziell im Bereich der Technischen Hilfeleistung, beim Heben und Bewegen von Lasten eingesetzt. Sobald die eigene Muskelkraft eines Feuerwehrangehörigen nicht mehr ausreicht, wird es notwendig, so genannte einfache Maschinen einzusetzen. Hierzu gehören Hebel, Rollen und Flaschenzüge. (Wenn Kräfte wirken tritt Mechanik auf!)
Grundgrößen der Mechanik:
| Größe | Abkürzung | Einheit |
| Kraft | F | N, kN (N=kg x m/s² |
| Weg, Länge | l | m |
| Masse | m | Kg |
| Geschwindigkeit | v | m/s, km/h |
| Zeit | t | sek., min. |
| Druck | p | bar, pa |
| Beschleunigung | a | m/s² |
| Erdbeschleunigung | g | m/s² |
Masse
Die Masse ist die in einem Körper enthaltene Materienmenge. Sie ist eine charakteristische Größe eines Körpers, die zwei Eigenschaften, Schwere und Trägheit, beschreibt.
Schwere: ist die Eigenschaft eines Körpers, von der Erde angezogen zu werden.
Trägheit: ist die Eigenschaft eines Körpers, sich einer Geschwindigkeitsänderung zu widersetzen.
Kraft:
Kräfte sind nicht sichtbar. Lediglich die Wirkung von Kräften sind zu erkennen.
Kräfte bewirken:
• bei fest eingespannten Gegenständen eine Formänderung
• bei losen Gegenständen eine Lageänderung, Bewegungsänderung.
Die Wirkung einer Kraft ist abhängig von:
• ihrer Größe (Betrag),
• ihrer Richtung
• ihrem Angriffspunkt
Zusammenhang Kraft-Masse
Die Ursache von einer Lage-, Form- oder Bewegungsänderung ist immer eine Kraft. Als Maßeinheit für die Kraft wird das Newton (N) verwendet. Diese Einheit ergibt sich aus Masse mal Beschleunigung.
Kraft (N) = Masse (kg) x Beschleunigung (m/s²)
F = m x a
Mit diesem Zusammenhang lassen sich alle Kräfte beschreiben.
Gewichtskraft
Auf der Erde wirkt auf alle Massen die Erdbeschleunigung, auch Gravitation genannt. Die Gravitation, mit dem Formelbuchstaben g bezeichnet, ist fest definiert und ihr Wert beträgt 9,81 m/s².
Für unsere Berechnungen kann dieser Wert auf 10 m/s² aufgerundet werden.
Setzt man in die Formel zur Berechnung einer Kraft diesen Zusammenhang ein, kann man die Gewichtskraft eines Körpers ausrechnen. Es gilt somit:
Gewichtskraft = Masse x Erdbeschleunigung
FG = m x g
Ein Körper mit eine Masse von 80 kg hat somit eine Gewichtskraft von:
FG = m x g
FG = 80 kg x 10 m/s²
FG = 800N
Merke: Eine Masse von 1 kg entspricht einer Gewichtskraft von 10 N
Einfache Maschinen
Zu den einfachen Maschinen gehört der Hebel. Durch den Einsatz eines Hebels lässt sich mit relativ wenig Aufwand eine große Kraft erzeugen.
Der Hebel ist ein um eine Achse drehbarer starrer Körper (z.B. Brechstange), der zum Heben oder Verschieben von Lasten eingesetzt werden kann.
Der Hebel ist:
Zweiseitig: wenn Kraft und Last auf verschiedenen Seiten des Drehpunktes angreifen.
Einseitig: wenn Kraft und Last auf einer Seite des Drehpunktes angreifen.
Ob ein Hebel ein einseitige oder zweiseitiger Hebel ist, hängt nicht von seiner Form, sondern allein von der Art seines Einsatzes ab. Bei gleicher Länge des Hebels ist beim Einsatz als einseitiger Hebel eine größere Kraft zu erreichen.
Die Berechnung eines Hebels erfolgt mit dem Hebelgesetz:
Last x Lastarm = Kraft x Kraftarm
F1 x l1 = F2 x l2
Rechenbeispiel:
Mit einer Brechstange – 70 cm – soll eine Masse von 975 kg angehoben werden. Der Drehpunkt ist 5 cm von der Last entfernt
Welche Kraft wird zum Anheben benötigt?
F1 = m x g = 975 kg x 10 m/s² = 9750 N
F2 = F1 x l1 / l2 = 9750 N x 5 cm / 65 cm
F2 = 750 N
Welcher Masse entspricht diese Kraft?
m = F2 / g = 750 N / 10 m/s²
m = 75 kg
Reibung
Die Reibung wirkt zwischen den Oberflächen zweier sich berührender Körper und hemmt die Bewegung der Körper gegeneinander. Reibungskräfte sind unentbehrlich, denn sie halten z.B. den Nagel in der Wand, verhindern das Ausrutschen beim Gehen und ermöglichen Fortbewegung und Bremsen eines Fahrzeuges.
Beim Ziehen von Lasten sollte man eine möglichst geringe Reibung zwischen Last und Auflagefläche haben, um schwere Lasten Kraft sparen bewegen zu können. Man unterscheidet folgende Reibungsarten:
- Haftreibung:Sie tritt auf, wenn ein Körper auf einer Unterlage ruht und in Bewegung gebracht werden soll
- Gleitreibung:Sie wirkt bei bereits bestehender Bewegung eines Körpers und ist erheblich kleiner als die Haftreibung.
- Rollreibung: Sie tritt auf, wenn ein Körper auf einer Oberfläche rollt und ist noch wesentlich geringer als die Gleitreibung.
Merke: Die Reibungskraft wirkt stet Parallel zur Berührungsfläche und ist der Bewegung entgegengerichtet.
FG = Gewichtskraft, FR = Reibungskraft, FZug = Zugkraft zum Bewegen des Körpers
Welche Größen beeinflussen die Reibungskraft?
Je größer die Masse des aufliegenden Körpers ist, umso größer ist die auf die Fläche wirkende Gewichtskraft (FG).
Die Reibungszahl µ und somit die Reibungskraft ist abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des Untergrundes und von der Beschaffenheit des Materials.
Reibungszahlen µ
Haftreibung ca. 0,7
Gleitreibung ca. 0,3
Rollreibung ca. 0,01
Die Reibungskraft ist unabhängig von der Größe der Berührungsfläche des Körpers mit dem Untergrund und somit auch unabhängig von den Abmessungen des Körpers.
Rollen
Feste Rolle
Wird eine Rolle an einem Festpunkt angeschlagen, bezeichnet man sie als feste Rolle. Die Zugkraft wird durch diese Rolle umgelenkt. Bei der festen Rolle ist Kraft gleich Last. Die feste Rolle kann mit einem gleicharmigen zweiseitigen Hebel verglichen werden. Die Länge l1 auf der Seite der Last F1 und die Länge l2 auf der Seite der Kraft F2 sind gleich.
l1+l2 = r
F1 x l1 = F2 x l2
F1 x r = R2 x r I:r
F1 = F2
Lose Rolle
Befestigt man eine Rolle an der Last und führt das eine Seilende durch die Rolle zu einem Festpunkt und das andere zu einer Zugeinrichtung, so hat man eine Rolle als lose Rolle eingesetzt.
Somit ergibt sich ein einseitiger
Hebel mit dem Verhältnis
Kraftarm : Lastarm = 2 : 1, welches
zu einer Halbierung der Kraft führt.
F1 x l1 = F2 x l2
F1 x r = F2 x 2r I:r
F1 = F2 x 2 I:2
F2 = F1 : 2
Flaschenzüge
Beim Bewegen von Lasten ist es oftmals nicht möglich, Festpunkt und Zugvorrichtung an einer Position in Stellung zu bringen.
In diesem Fall verwendet man zusätzlich eine feste Rolle zur Umlenkung der Kraft. Diese Verbindung von loser und fester Rolle wird als Flaschenzug bezeichnet.
Die aufzuwendende Kraft bleibt auch beim Einsatz der zusätzlichen festen Rolle gleich der halben Gewichtskraft der Last, da die eingesetzte feste Rolle lediglich als Umlenkrolle dient.
Faktorenflaschenzug
Kombiniert man feste und loste Rollen so, dass sie sich gegenüber liegen, verteilt sich die aufzubringende Zugkraft auf die an der Last angreifenden Seilstränge. Dadurch erhält man einen Faktorenflaschenzug.
Merkmale:
• ein durchgehendes Seil
• feste und lose Rolle liegen sich gegenüber
• Kraft = Last geteilt durch Anzahl der tragenden Seilstränge
Beispiel: Faktorenflaschenzug, dreisträngig unter Verwendung eines Mehrzweckzuges Z16, mit Angabe der Kräfte in den Seilen
Potenzflaschenzug
Setzt man zwei Rollen hintereinander als lose Rollen ein, erhält man einen Potenzflaschenzug, mit dem man die Zugkraft auf ¼ reduzieren kann. Hierbei ist das Einscheren eines zweiten Zugseiles notwendig.
Merkmale:
• mehrere Seile
• Die Rollen sind hintereinander angebracht
• Jede Rolle halbiert die Zugkraft
Beispiel: Potenzflaschenzug, mit zwei Rollen unter Verwendung eines Mehrzweckzuges Z16, mit Angabe der Kräfte in den Seilen
Druck
Druckt entsteht immer dann, wenn eine Kraft auf eine Fläche wirkt. Die Maßeinheit des Druckes ist das Pascal. 1 Pa Druck entsteht, wenn eine Kraft von 1 N auf eine Fläche von 1 m² wirkt.
Druck (Pa) = Kraft (N) / Fläche (m²)
p = F / A
Die ältere Einheit des Druckes ist bar. Viele technische Geräte der Feuerwehr werden auch heute noch mit Druckanzeigen mit bar-Skala verwendet. Daher kann eine Umrechnung notwendig werden.
100.000 Pa = 1 bar
In einem geschlossenen System ist der Druck an allen Stellen gleich, er kann nicht entweichen. Somit erhöht sich die Kraft, die aufgebracht werden kann, mit Vergrößerung der wirksamen Fläche.
Wir bei gleich bleibendem Druck die Fläche verkleinert, so verringert sich auch die Kraft, die aufgebracht werden kann.
Dichte
Die Dichte ist die Eigenschaft von Stoffen, während die Masse eine Eigenschaft von Körpern ist.
Dichte = Masse : Volumen
Dichte = kg : m³
ρ = m : V
Allgemeine Infos
Die Ausbildung unserer Einsatzkräfte beschränkt sich nicht nur auf unsere Standort-Ausbildung. Sowohl vom Kreisverband Main-Kinzig, als auch vom Land Hessen werden verschiedene Lehrgänge und Seminare angeboten. Während die Lehrgänge und Seminare auf Kreisebene...
Unfallverhütungsvorschriften
Beim Übungs- und Einsatzdienst können den Feuerwehrangehörigen vielfältige Gefahren begegnen. Sie können: ausrutschen stolpern umknicken abstürzen sich schneiden sich quetschen sich vergiften einen Stromschlag bekommen sich verbrennen sich verätzen von herabfallenden,...
Wasserführende Armaturen
Neben Schläuchen benötigt die Feuerwehr auch noch Armaturen, um Wasser von der Wasserentnahmestelle zur Einsatzstelle zu fördern. Diese Armaturen werden nach ihrer Aufgabe unterteilt in folgende Gruppen:1. Kupplungen2. Armaturen zur Wasserentnahme3. Armaturen...
Tragbare Leitern
Tragbare Leitern Tragbare Leitern sind Leitern, die auf Feuerwehrfahrzeugen mitgeführt, an der Einsatzstelle von der Mannschaft vom Fahrzeug genommen und an die vorgesehene Stelle getragen werden. Anlegeleitern sind standsicher und begehbar aufgestellt, wenn die...
Knoten
SchlingensticheDie Schlingenstiche ziehen sich beim Anziehen der Leine fest um den angeschlagenen Gegenstand, so dass der Gegenstand fest umschnürt wird. Sie sind daher zur Befestigung der Feuerwehrleine an Menschen und Tieren nicht geeignet. Wir kennen: Halbschlag:...
Brennen und Löschen
Nachfolgend einige Erklärungen zum Themenbereich "Brennen und Löschen". Begriff Erklärung Brennen ist eine mit Flamme und/oder Glut selbständig ablaufende exotherme (=es wird Wärme freigesetzt) Reaktion zwischen einem brennbaren Stoff und Sauerstoff oder Luft....
Tragbare Feuerlöscher
Ein tragbarer Feuerlöscher ist ein Feuerlöschgerät das getragen und von Hand bedient werden kann, das im betriebsbereiten Zustand maximal 20 kg wiegen darf, mit dem Löschmittel durch Innendruck ausgestoßen und auf einen Brandherd gerichtet werden kann. Die tragbaren...