„In der Technik bezeichnet man als Maschinen mechanische Vorrichtungen zur Übertragung von Kräften, die nutzbare Arbeit leisten oder Energien in andere Energieformen umsetzen“ (Ullrich & Klante 1994, S. 17).

Wenn sich das Wirkprinzip nicht weiter vereinfachen lässt, spricht die technische Mechanik von einfachen Maschinen . Daher stellen sie bis heute die Grundlage der meisten technischen Geräte dar. Doch bereits seit vielen Jahrtausenden wissen Menschen die Arbeitserleichterung durch einfache Maschinen zu nutzen.

Ein zentrales Prinzip der Physik ist die Energieerhaltung. Dies bedeutet, dass in einem geschlossenen System Energie nicht verschwinden kann. Vernachlässigt man z.B. den Wärmeverlust durch Reibung, muss ein verringerter Kraftaufwand mit der Erhöhung einer anderen Größe einhergehen. Bei einfachen Maschinen ist dies im Allgemeinen der zurückgelegte Weg. Diesen Umstand bezeichnete Galileo Galilei als Goldene Regel der Mechanik: „Was man an Kraft spart, muss man an Weg zusetzen“. Als physikalische Größe verdeutlicht dies die Arbeit, welche sich in der Mechanik als Produkt aus Kraft und Weg errechnet. Mit einer einfachen Maschine kann also keine Arbeit, sondern entweder Kraft oder Weg gespart werden. Im Allgemeinen besteht das primäre Ziel darin, Kraft einzusparen. Daher werden einfache Maschinen mitunter auch als Kraftwandler bezeichnet. Zu den einfachen Maschinen der Mechanik gehören:

• Hebel
• schiefe Ebene
• Rollen
• Seil über fester Rolle

Der Hebel ist eine der ältesten Maschinen. Es wird vermutet, dass bereits unsere Vorfahren in der Steinzeit entdeckten, dass schwere Lasten mit einem Hebel leichter angehoben werden können.

Ein Hebel ist eine starre Stange, die sich um einen Punkt dreht. Er besteht aus einem Kraftarm, einem Lastarm und einem Drehpunkt. Wirken Kräfte auf beiden Seiten des Drehpunktes, dann nennt man ihn zweiseitigen Hebel. Kindern ist der zweiseitige Hebel als Wippe bekannt.

Bei einem einseitigen Hebel (z.B. dem Nussknacker) liegen Kraft- und Lastarm auf der gleichen Seite des Drehpunkts. Die Kräfte beider Hebelarme wirken aufeinander zu. Durch Verlängerung des Kraftarms (z.B. durch Verschiebung des Drehpunkts in Richtung der Last) kann die Arbeit mit einem geringeren Kraftaufwand verrichtet werden.

Die schiefe Ebene gehört zu den elementarsten einfachen Maschinen. Sie bildet die Basis für weitere einfache Maschinen wie z.B. Keil und Schraube.

Wird ein Gegenstand senkrecht in die Höhe gehoben, muss die gesamte Gewichtskraft überwunden werden. Wird der Gegensand hingegen eine schiefe Ebene hinaufgezogen, muss nur ein Teil der Gewichtskraft (die Hangabtriebskraft) überwunden werden. Je länger die schiefe Ebene ist, desto kleiner ist die Kraft, die zum Ziehen der Last benötigt wird. Der Weg, den man zur Überwindung der erforderlichen Höhe zurücklegen muss, steigt aber entsprechend an, so dass auch hier die verrichtete Arbeit konstant bleibt.

Bewegt man einen Gegenstand auf einer Ebene, tritt Reibung auf. In der Physik unterscheidet man zwischen Haftreibung, Gleitreibung und Rollreibung. Ursache für die Reibung sind Kräfte, die zwischen den Teilchen der beiden Oberflächen wirken. Auch glatt wirkende Flächen sind, unter dem Mikroskop betrachtet, rau und können sich deshalb bei gegenläufigen Bewegungen ineinander verhaken. Die Haftreibung ist die stärkste der drei Reibungsarten. Durch den Einsatz von Rollen unter dem zu bewegenden Gegenstand wird die Kontaktfläche reduziert und die Reibung verringert. Beim Transport mit Rollen muss daher deutlich weniger Kraft aufgewendet werden.

Das Seil über fester Rolle dient zum senkrechten Heben und Senken von Lasten. Eine feste Rolle ist ein Rad, das sich um eine ortsfeste Achse dreht. An der Außenseite des Rades befindet sich eine Rille, in der ein Seil läuft. Ohne eine feste Rolle müsste man das Seil senkrecht nach oben ziehen, um den Gegenstand zu heben. Der Einsatz der festen Rolle erleichtert den Hebeprozess, indem die Kraft umgelenkt wird. Durch die Richtungsänderung ist es möglich, die Last mit einer nach unten wirkenden Kraft zu heben und das eigene Körpergewicht als Zugkraft einzusetzen (vgl. Menger 2008, 19).