Anton-Philipp-Reclam-Gymnasium Leipzig/Kraefte744/Kräfte am Hebel

Kräfte am Hebel

Definition:

Ein Hebel ist in der Physik und der Technik ein mechanischer Kraftwandler, bestehend aus einem starren Körper, der um einen Drehpunkt drehbar ist. Ein solches System wird als Hebelgesetz bezeichnet. Es gibt zwei Arten des Hebelgesetzes; einseitig und zweiseitig.

Einseitig:

Ein gutes Beispiel für die einseitige Hebelkraft ist ein schwerer Stein, den man versucht mit einem langen Stock vom Boden aufzuheben. Der Drehpunkt(D)ist der Punkt wo der Stock in den Boden reingebohrt wird. Die Last(L) ist dann der Stein. Die Kraft(FK1)wendet man dann aus seinen Armen an, die auf den Stock übertragen wird und auf den Berührungspunkt mit dem Stein fällt(FK2). Man rechnet auch mit der länge des Stockes(l1), vom Boden und dem ersten Berührungspunkt des Steines und der restlichen länge des Stockes(l2).

Rechnung:

Bild zur einseitigen Hebelkraft

Zweiseitig:

Ein gutes Beispiel für die zweiseitige Hebelkraft ist die Wippe auf dem Spielplatz. Der Drehpunkt ist der Metallstab der im Boden festbetoniert ist(D). Der längere Metallstab, der die Sitzflächen hält wird in zwei Teile eingeteilt(l1) und (l2), auf den beiden ‚Armen‘ lastet ein Gewicht. Wenn kein Gewicht lastet, dann ist die Last und die Kraft bei 0.

Rechnung:

Kraft x Kraftarm = Last x Lastarm

= F1 x l1=F2 x l2

Zweiseitige Hebelkraft bei 0

Bild zur zweiseitigen Hebelkraft mit 10 N, 25cm vom Drehpunkt entfernt

Bild zur zweiseitigen Hebelkraft mit 10N, 15 cm vom Drehpunkt entfernt

Bilder zu Experimenten:

F1: 0N

l1: 0cm

F2: 0N

F1: 0,85N

l1: 25cm

F2: 10N

l2: 25N

F1: 0,45

l1: 25 cm

F2: 10N

l2: 15cm

Schlussfolgerung:

Je länger der Kraftarm, desto geringer die Kraft, die man anwenden muss. Je kürzer der Kraftarm, desto größer die Kraft, die man anwenden muss. Dies gilt auch andersherum. Beispiel: F2=100kg l2= 5cm F1= 1000N l1=5cm

→ F2= 100kg l2= 5cm F10 500N l1=10cm

Schüleraufgebe:

1. Eine große Kiste mit dem Gewicht von 200kg soll angehoben werden. Der Lastarm beträgt 20cm und der Kraftarm 40cm. Finde heraus, welche Kraft man benötigt, um die Kiste anzuheben.
2. Nina hebt ein Stein mit einem Hebel an. Das Gewicht des Steines ist unbekannt. Der Lastarm beträgt 10 cm, der Kraftarm ist 50cm lang. Nina wendet die Kraft von 500N an. Berechne, wie schwer der Stein ist, den Nina anhebt.