Ein Antrieb wandelt gespeicherte Energie in Bewegung um. Bei aktiver Fortbewegung bringt das Lebewesen oder die Maschine die Bewegungsenergie selbst auf: Du radelst mit Muskeln, ein Auto fährt mit Motor. Bei passiver Fortbewegung trägt dich eine äußere Kraft, zum Beispiel der Wind beim Segelboot oder ein Zug als Fahrgast.

Der Muskel wandelt chemische Energie in Bewegung um. Sein Wirkungsgrad liegt bei etwa 25 %, der Rest wird Wärme. Der Elektromotor wandelt elektrische Energie über Magnetkräfte in eine Drehbewegung um und erreicht etwa 80 bis 95 %.

Das Hebelgesetz kennst du: Kraft mal Hebelarm. Dieses Produkt heißt Drehmoment $M = F \cdot r$ und sagt, wie stark eine Kraft etwas dreht. Der Hebelarm $r$ ist der senkrechte Abstand der Kraftlinie von der Drehachse. Einheit ist das Newtonmeter (N·m): Ein Schraubenschlüssel mit 0,25 m Länge, an dem du mit 80 N ziehst, liefert 20 N·m. Die Drehzahl $n$ gibt die Umdrehungen je Zeit an, in 1/s oder 1/min. Es gilt 3000 1/min = 50 1/s.

Für die Leistung eines Antriebs gilt: Bei einer Umdrehung läuft die Kraft $F$ am Radius $r$ den Weg $2\pi r$, leistet also die Arbeit $2\pi \cdot F \cdot r = 2\pi \cdot M$. Bei $n$ Umdrehungen je Sekunde ist die Leistung:

Maschinen wandeln Drehung in gerade Bewegung um oder umgekehrt.

Ein Getriebe überträgt eine Drehbewegung und ändert dabei Drehzahl und Drehmoment. Treibt ein Zahnrad mit $z_1$ Zähnen ein Rad mit $z_2$ Zähnen an, ist das Übersetzungsverhältnis $i = z_2 / z_1$. Ohne Reibung bleibt die Leistung gleich, und die Goldene Regel gilt für Drehungen: Was du an Drehmoment gewinnst, verlierst du an Drehzahl. Bei $i > 1$ dreht das Abtriebsrad langsamer, aber kräftiger. Mehrere Stufen hintereinander multiplizieren ihre $i$. Reale Getriebe verlieren etwas durch Reibung.

Am Fahrrad wechselst du mit der Gangschaltung die Kettenräder. Am Berg wählt man vorn ein kleines und hinten ein großes Rad: Das Hinterrad bekommt mehr Drehmoment und dreht langsamer.

Du gehst vor wie bei jedem technischen Produkt. Zuerst legst du die Anforderungen fest, zum Beispiel: Der Wagen soll 3 m geradeaus fahren und 200 g tragen. Dann wählst du den Antrieb (Gummiband, Luftschraube, Solarmotor, Elektromotor mit Batterie) und berechnest die Übersetzung aus Motor- und Wunschdrehzahl. Es folgen Skizze, Bau, Erprobung mit Messung von Strecke und Zeit und eine Bewertung mit Verbesserung. Häufige Mängel sind Reibung in den Achsen und durchdrehende Räder. Sicherheit: Scharfe Werkzeuge und Heißklebepistole nur nach Einweisung, Akkus nie kurzschließen.

Der Viertaktmotor arbeitet in vier Takten: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten (das Gemisch verbrennt und drückt den Kolben nach unten) und Ausstoßen. Der Ottomotor saugt ein Benzin-Luft-Gemisch an, das die Zündkerze zündet. Der Dieselmotor verdichtet reine Luft so stark, dass sie sich erhitzt, und spritzt dann Diesel ein, der von selbst zündet. Die Wirkungsgrade liegen bei etwa 30 % (Otto) und 35 bis 40 % (Diesel), der Rest ist Abwärme. Kraftstoffe sind Benzin, Diesel, Erdgas, Biokraftstoffe wie Bioethanol und synthetische Kraftstoffe.

Neben CO₂ und Wasserdampf entstehen giftiges Kohlenstoffmonoxid (CO), Stickstoffoxide, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Ruß. Der Dreiwegekatalysator der Benziner wandelt sie mit Edelmetallen um, zum Beispiel 2 CO + 2 NO → 2 CO₂ + N₂. Dieselautos haben dazu einen Partikelfilter für Ruß. CO₂ lässt sich nicht herausfiltern: Ein Liter Benzin erzeugt etwa 2,3 kg davon.

Ein Elektroantrieb besteht aus Akku, Steuerelektronik und Elektromotor. Der Motor hat schon im Stillstand sein volles Drehmoment, daher genügt meist ein Getriebe mit fester Übersetzung. Beim Bremsen arbeitet er als Generator und lädt den Akku (Rekuperation). Der Akkumulator speichert elektrische Energie chemisch und lässt sich wieder aufladen. Beim Brennstoffzellenauto liefert eine Zelle aus Wasserstoff den Strom für den Motor. Ein Hybridfahrzeug hat Verbrennungs- und Elektromotor.

Im Auto läuft die Kraft durch den Antriebsstrang: Motor, Kupplung (trennt beim Schalten Motor und Getriebe), Schaltgetriebe, Antriebswellen, Differential und Räder. Das Differential erlaubt den Antriebsrädern verschiedene Drehzahlen, denn in der Kurve legt das äußere Rad einen längeren Weg zurück. Die Bremse wandelt Bewegungsenergie in Wärme.

Der Anhalteweg ist die Summe aus Reaktionsweg und Bremsweg. Während der Reaktionszeit $t_R$ (etwa 1 s) fährt das Auto ungebremst weiter. Danach bremst es mit der Verzögerung $a$ bis zum Stillstand, auf trockener Straße etwa 7 m/s², auf nasser oder glatter Fahrbahn deutlich weniger. Mit dem Bremsweg $v^2 / (2a)$ der gleichmäßig verzögerten Bewegung gilt:

Die passive Sicherheit mindert die Folgen eines Unfalls. Gurt, Airbag und Knautschzone verlängern den Weg, auf dem die Bewegungsenergie abgebaut wird. Weil Energie gleich Kraft mal Weg ist, sinkt bei längerem Weg die mittlere Kraft auf den Körper. Die aktive Sicherheit verhindert Unfälle: Das Antiblockiersystem (ABS) hält die Räder beim Bremsen am Drehen, sodass man lenken kann, das Stabilitätsprogramm (ESP) bremst einzelne Räder gegen das Schleudern. Dazu kommen angepasste Geschwindigkeit, Sicherheitsabstand, Anschnallen, keine Ablenkung durch das Handy und beim Radfahren Helm und Licht.