Simple Machines: Gears Lab
Simple Machines: Gears Lab — Lerne Hebel, Flaschenzüge und den mechanischen Vorteil in 3D
Simple Machines: Gears Lab ist eine kostenlose Android-App und ein 3D-Physiksimulator, mit dem du einfache Maschinen lernst: Hebel, Zahnräder, Flaschenzüge, Rampen, Schrauben und Keile – jedes davon als Szene, die du drehen, vergrößern und ausführen kannst. Ein Live-Kraftmesser zeigt die benötigte Kraft und den mechanischen Vorteil, berechnet anhand der Lehrbuchbeziehung für genau diesen Aufbau statt anhand einer für den Effekt erfundenen Zahl.
- Preis
- Kostenlos, Pro-Upgrade
- Plattformen
- Jetzt für Android, bald für iPhone
- Sprachen
- 10
Du bekommst nie etwas umsonst.
Ziehe den Drehpunkt eines Hebels näher an die Last, und die benötigte Kraft nimmt ab – dafür muss sich dein Ende des Hebels weiter bewegen. Das Labor macht diesen Kompromiss zwischen Kraft und Weg spürbar und am Messgerät ablesbar, statt ihn dir als auswendig zu lernenden Satz zu präsentieren.
Was es ist
Simple Machines: Gears Lab ist eine kostenlose Android-App, die dir mithilfe von 3D-Szenen, die du drehen und ausführen kannst, zeigt, wie Hebel, Zahnräder, Flaschenzüge, schiefe Ebenen, Schrauben und Keile funktionieren. Sie enthält 31 Lektionen in fünf Einheiten, einen Kraftmesser und eine Anzeige des mechanischen Vorteils, die von einem Löser für acht Lehrbuchbeziehungen berechnet werden, außerdem ein Labor mit Rätselstationen und eine Werkstatt, in der du deine eigene Maschine bauen kannst. Eine iPhone-Version ist geplant.
In der App
So sieht es aus
Hintergrund
Was sind einfache Maschinen, und was bedeutet mechanischer Vorteil?
Einfache Maschinen sind grundlegende Vorrichtungen, die Größe oder Richtung einer Kraft verändern, sodass eine kleine Kraft eine größere Last bewegen kann. Der mechanische Vorteil ist das Verhältnis zwischen der Last, die eine Maschine bewegt, und der Kraft, die du aufwendest. Ein Verhältnis von 3 bedeutet, dass du mit einem Drittel des Gewichts der Last drückst. Der Haken: Maschinen erzeugen keine Energie. Mehr Kraft bedeutet, dass sich dein Ende weiter bewegen muss – das ist die Idee hinter jedem Hebel, Flaschenzug und jeder Rampe.
HebelKraftarm geteilt durch Lastarm
Ein Hebel ist eine starre Stange, die sich um einen Drehpunkt dreht. Im Idealfall entspricht der mechanische Vorteil der Länge des Kraftarms geteilt durch die Länge des Lastarms. Dadurch verändert das Verschieben des Drehpunkts, wie anstrengend sich eine Aufgabe anfühlt. Hebel erster, zweiter und dritter Ordnung unterscheiden sich darin, wo Drehpunkt, Last und Kraft angreifen.
ZahnräderZahnverhältnisse
Ineinandergreifende Zahnräder übertragen eine Drehkraft. Zählst du die Zähne, erhältst du die Übersetzung: Wenn ein Zahnrad ein größeres antreibt, wird Drehzahl gegen Drehmoment getauscht, und ein Zahnradgetriebe multipliziert die Übersetzungen jedes Zahnradpaars.
FlaschenzügeSeil und Richtung
Ein fester Flaschenzug ändert nur die Zugrichtung. Ein loser Flaschenzug verteilt die Last auf mehrere Seilabschnitte. Dadurch brauchst du weniger Zugkraft, musst aber mehr Seil durchziehen. Ein Flaschenzug mit mehreren Rollen kombiniert mehrere solcher Elemente.
Rampen, Schrauben und KeileDie Familie der schiefen Ebenen
Eine längere, flachere Rampe erfordert über eine größere Strecke weniger Kraft. Eine Schraube ist eine um einen Zylinder gewickelte Rampe, und ein Keil ist eine bewegte Rampe, die Material spaltet oder hebt.
So funktioniert es
So funktioniert eine Lektion
Jede Lektion folgt demselben Ablauf, sodass die Zahl auf dem Kraftmesser immer etwas ist, das du selbst eingerichtet hast.
Lies eine kurze Erklärung
Jede Lektion ist eine Erklärung in einfachem Englisch mit einem Diagramm und behandelt jeweils eine Idee – von der Frage, was ein Hebel ist, bis dazu, wie verkettete Maschinen ihre Vorteile vervielfachen.
Erst vorhersagen, dann prüfen
Ein Quiz oder ein realitätsnahes Szenario mit einer ausführlichen Erklärung fragt dich, was du erwartest, bevor das Labor die Antwort zeigt – zum Beispiel, wie viel Kraft ein längerer Kraftarm spart.
Führe das 3D-Labor aus
Öffne die Szene für die jeweilige Maschine, drehe sie und ziehe zum Vergrößern zwei Finger auseinander, tippe auf „Ausführen“ und beobachte, wie sich Kraftmesser und mechanischer Vorteil aktualisieren. Schieberegler-Mini-Labore berechnen alles neu, sobald du sie bewegst.
Was steckt drin
Das ist in der App enthalten
31
Lektionen in fünf Einheiten
Hebel, Zahnräder und Flaschenzüge, Rampen, Schrauben und Keile, zusammengesetzte Maschinen und fortgeschrittene zusammengesetzte Maschinen – dazu vier Job-Order-Abschlusslektionen.
3D
Ein Physiklabor in jeder Lektion
Drehe die Szene, ziehe zum Vergrößern zwei Finger auseinander, tippe auf „Ausführen“ oder „Zurücksetzen“ und untersuche die Maschine mit einem Live-Kraftmesser.
8
Beziehungen für den mechanischen Vorteil
Ein Löser für Hebel, Rad und Achse, Zahnrad, festen Flaschenzug, losen Flaschenzug, schiefe Ebene, Schraube und Keil, bei zusammengesetzten Maschinen Stufe für Stufe verkettet.
Labor
Rätselstationen
Eine Aufwärmstation für Hebel und sechs Rätselstationen, an denen du die Last innerhalb eines vorgegebenen Kraftbudgets hebst.
Werkstatt
Baue deine eigene Maschine
Wähle einen von acht Maschinentypen aus, passe seine Geometrie und sein Ziel an, führe ihn aus und prüfe, ob er die Aufgabe löst.
KI
KI-Hinweise
Ein Hinweis für den Fall, dass du in einem Labor nicht weiterkommst. Er wird erst ausgeführt, nachdem du zugestimmt hast, und kostenlose Nutzer können bis zu 3 Hinweise pro Tag freischalten, indem sie eine kurze Videoanzeige ansehen.
Passend
Für wen es geeignet ist – und für wen nicht
Es passt zu dir, wenn du
- Du lernst einfache Maschinen im Physik- oder STEM-Unterricht kennen und möchtest sehen, wie sie funktionieren
- Du erinnerst dich nur noch halb an Kraftarm über Lastarm und möchtest wieder ein Gefühl dafür bekommen
- Du bist Maker und möchtest vor dem Bau verstehen, wie eine Flaschenzug- oder Zahnradkonstruktion funktioniert
- Du bist Elternteil oder Lehrkraft und suchst ein praxisnahes Labor statt einer weiteren Karteikarten-App
- Du möchtest Hebel, Zahnräder und Flaschenzüge für einen Eignungstest im technischen Bereich auf freundliche Weise auffrischen
Du bist hier nicht richtig, wenn du
- Du brauchst eine Ingenieursqualifikation oder einen vollständigen Kurs zur Testvorbereitung – die App ist weder das eine noch das andere
- Du möchtest echte Konstruktionen entwerfen – die Physik ist idealisiert und ignoriert in den meisten Szenen die Reibung
- Du erwartest, dass alles kostenlos ist: Die erste Einheit, das Labor und die Werkstatt sind kostenlos, und Pro schaltet die übrigen Lektionen frei
- Du brauchst die iPhone-App heute – sie ist geplant, aber noch nicht verfügbar
Datenschutz
Ein Gastprofil, keine Anmeldung
Die App startet mit einem Gastprofil, und die Lektionen sowie 3D-Labore sind in die App integriert. Ein KI-Hinweis wird erst gesendet, nachdem du ihm zugestimmt hast. Dabei werden die Werkbank, der Aufgabentext und die auf dem Bildschirm angezeigten Kraftwerte an den Server des Entwicklers übertragen, der sie an einen KI-Dienst eines Drittanbieters weitergibt.
Die vollständigen Details findest du in der Datenschutzerklärung von CoddyKit.
Fragen
Häufig gestellte Fragen
Wie lernt man einfache Maschinen am besten?
Zu sehen, wie eine Maschine funktioniert, ist besser, als darüber zu lesen. Simple Machines: Gears Lab gibt jedem Hebel, Zahnrad, Flaschenzug, jeder Rampe, Schraube und jedem Keil eine 3D-Szene, die du drehen und ausführen kannst, mit einer Kraftanzeige, die sich bei jeder Änderung des Aufbaus aktualisiert. Zuerst erhältst du eine kurze Erklärung und eine Vorhersagefrage, damit du dich auf eine Antwort festlegst, bevor das Labor das Ergebnis zeigt.
Was ist der mechanische Vorteil?
Der mechanische Vorteil ist die Last, die eine Maschine bewegt, geteilt durch die Kraft, die du aufwendest. Bei einem idealen Hebel entspricht er dem Kraftarm geteilt durch den Lastarm. Ein Verhältnis von 3 bedeutet, dass du mit einem Drittel des Gewichts der Last drückst, dafür aber das dreifache Weges zurücklegen musst.
Wie werden die Zahlen im Labor berechnet?
Simple Machines: Gears Lab verwendet einen Solver für acht aus Lehrbüchern bekannte Beziehungen zum mechanischen Vorteil: Hebel, Rad und Achse, Zahnrad, fester Flaschenzug, loser Flaschenzug, schiefe Ebene, Schraube und Keil. Bei zusammengesetzten Maschinen wird dieselbe Mathematik Stufe für Stufe verkettet, sodass die Kraftanzeige die Beziehung hinter der jeweiligen Szene widerspiegelt und keine zu Demonstrationszwecken erfundene Zahl.
Was bringt die App über Hebel, Zahnräder und Flaschenzüge bei?
Hebel erster, zweiter und dritter Ordnung und die Position des Drehpunkts; Zahnradübersetzungen, Drehmoment und Geschwindigkeit sowie Zahnradgetriebe; feste und lose Flaschenzüge sowie der Flaschenzug; warum eine längere Rampe weniger Kraft erfordert; die Schraube als um einen Zylinder gewickelte Rampe; und der Keil. Zusammengesetzte Maschinen zeigen anschließend, wie sich die einzelnen Vorteile vervielfachen.
Kann ich meine eigene Maschine bauen?
Ja. In der Werkstatt kannst du einen von acht Maschinentypen auswählen, seine Geometrie und sein Ziel anpassen, ihn ausführen und sehen, ob er die Aufgabe löst. Der Tab „Labor“ bietet zusätzlich eine Hebel-Übungswerkbank und sechs Puzzle-Werkbänke, an denen du eine Last innerhalb eines vorgegebenen Kraftbudgets hebst.
Ist Simple Machines: Gears Lab kostenlos?
Der Download ist kostenlos. Die gesamte Einheit 1 mit ihrer Abschlusslektion, die ersten beiden Lektionen zu „Zahnräder und Flaschenzüge“, der komplette Tab „Labor“ und die Werkstatt sind kostenlos. Die kostenlose Version zeigt ein kleines Banner für andere Apps sowie gelegentlich ganzseitige Videoanzeigen. Pro, ein monatliches oder jährliches Abonnement, schaltet alle Lektionen in allen fünf Einheiten, unbegrenzte KI-Hinweise und eine werbefreie Nutzung frei.
Funktioniert die App offline?
Die Lektionen und 3D-Labore sind in Simple Machines: Gears Lab enthalten und funktionieren daher ohne Verbindung. Nur der optionale KI-Hinweis benötigt eine Internetverbindung.
Für wen ist die App geeignet, und ist sie ein Ingenieurskurs?
Sie eignet sich für Schülerinnen und Schüler, die einfache Maschinen im Physik- oder STEM-Unterricht kennenlernen, für Maker sowie für Eltern und Lehrkräfte, die ein Physiklabor suchen. Sie kann Hebel, Zahnräder und Flaschenzüge vor einem Eignungstest im technischen Bereich auffrischen, ist aber weder ein Kurs zur Testvorbereitung noch eine Ingenieursqualifikation.
Gibt es eine iPhone-Version?
Noch nicht. Simple Machines: Gears Lab ist auf Android über Google Play verfügbar, und eine iPhone-Version ist geplant. Die Seite verlinkt auf den App Store-Eintrag, der aktiviert wird, sobald die App dort verfügbar ist.
Ist Simple Machines: Gears Lab dieselbe App wie Mechanisms Lab?
Ja. Simple Machines: Gears Lab ist der Titel bei Google Play, und die eigene Beschreibung der App nennt sie Mechanisms Lab. Der geplante iPhone-Eintrag heißt Mechanical Advantage: 3D Lab. Die App ist in 10 Sprachen mit hellen und dunklen Designs verfügbar und startet mit einem Gastprofil ohne Konto.
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Kostenloser Einstieg auf Android in 10 Sprachen. iPhone kommt.
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