Anton-Philipp-Reclam-Gymnasium Leipzig/Kraefte744/Kräfte am Hebel: Unterschied zwischen den Versionen

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==<u>Einseitig:</u>==
==<u>Einseitig:</u>==
Ein gutes Beispiel für die einseitige Hebelkraft ist der menschliche Unterarm. Der Ellenbogen ist dabei der Drehpunkt, die Last (F2), die dann nach unten wirkt, ist dann der Gegenstand (Bspw. eine Einkaufstasche) die man hält. Der Lastarm(l2) ist hierbei der komplette Bereich, der vom Ellenbogen aus, bis zur Hand reicht. Die Kraft (F1) ist der Bizeps und der Kraftarm (l1) ist der Abstand, vom Ellenbogen aus, bis zum Muskel, der im Bizeps ist.   
Ein gutes Beispiel für die einseitige Hebelkraft ist der menschliche Unterarm. Der Ellenbogen ist dabei der Drehpunkt(D), die Last (F2), die dann nach unten wirkt, ist dann der Gegenstand (Bspw. eine Einkaufstasche) die man hält. Der Lastarm(l2) ist hierbei der komplette Bereich, der vom Ellenbogen aus, bis zur Hand reicht. Die Kraft (F1) ist der Bizeps und der Kraftarm (l1) ist der Abstand, vom Ellenbogen aus, bis zum Muskel, der im Bizeps ist.   


=====<u>Rechnung:</u>=====
=====<u>Rechnung:</u>=====


Kraft x Kraftarm = Last x Lastarm  
Kraft x Kraftarm = Last x Lastarm  
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=====<u>Bilder zu Experimenten:</u>=====
=====<u>Bilder zu Experimenten:</u>=====
[[Datei:Bild zur einseitigen Hebelkraft 100g .jpg|alternativtext=Bild zur einseitigen Hebelkraft. F2: 100g F1: 5cm |mini|Bild zur einseitigen Hebelkraft F1: 0,80N F2: 100g ]]
<br />F1: 0,80N 
l1: 25cm
F2: 100g
l2: 20cm
<br />
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[[Datei:Bild zur einseitigen Hebelkraft .jpg|alternativtext=2. Bild zur einseitigen Heblkraft |mini|2.Bild zur einseitigen Hebelkraft F1:0,20N F2: 100]]
F1: 0,20N
l1: 25cm
F2: 100g
l2: 5cm
=====<u>Schlussfolgerung:</u>=====
=====<u>Schlussfolgerung:</u>=====


Je weiter F1 und F2 voneinander entfernt sind, desto geringer ist die Kraft, die man anwenden muss. Siehe: Experimente. 
=====<u>Schüleraufgabe:</u>=====


=====<u>Schüleraufgabe:</u>=====
#Carlos schiebt eine Schubkarre, mit der Kraft von 500N und dem Abstand von 50cm zur Last. Wie schwer die Last ist, ist nicht bekannt, dafür aber der Abstand der Last zum Drehpunkt (das Rad). Dieser beträgt 10cm. Finde heraus, wie schwer die Last ist, die Carlos schiebt. Lösung:
#berechne:  F1= 20N    l1= 4cm            F2= 10N            l2=?
 
=====<u>Lösungen:</u>=====
 
#geg: F1: 500N    l1: 50cm    l2: 10cm
 
ges: F2           
 
<u>Rechnung:</u>  F1 x l1= F2 x l2
 
= 500N x 50cm = ____ x 10cm
 
= 500N x 50cm ÷ 10cm = 2500N ÷ 1= 2500N
 
= F2 = 2500N
 
<u>Antwort:</u>  Carlos schiebt eine Schubkarre, mit der Last von 2500N/ 250kg.
 
2. geg:  F1: 20N  l1: 4cm    F2: 10N
 
ges: l2
 
<u>Rechnung:</u>    F1 x l1 = F2 x l2


#Carlos schiebt eine Schubkarre, mit der Kraft von 500N und dem Abstand von 50cm zur Last. Wie schwer die Last ist, ist nicht bekannt, dafür aber der Abstand der Last zum Drehpunkt (das Rad). Dieser beträgt 10cm. Finde heraus, wie schwer die Last ist, die Carlos schiebt.
= 20N x 4cm = ____ x 10N  
#berechne:  F1= 20N     l1= 4cm             F2= 10N           l2=?                 
#berechne:  F1=?          l1=  15cm          F2= 30N            l2=  5cm <br />


= 20N x 4cm ÷ 10N = 8cm ÷ 1 = 8cm 


= l2= 8cm


<u>Antwort:</u>  l2 beträgt 8cm.


==<u>Zweiseitig:</u>==
==<u>Zweiseitig:</u>==
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=  F1 x l1=F2 x l2<br />
=  F1 x l1=F2 x l2<br />
[[Datei:Zweiseitige Hebelkraft bei 0.jpg|mini|Zweiseitige Hebelkraft bei 0]]
[[Datei:Zweiseitige Hebelkraft bei 0.jpg|mini|Zweiseitige Hebelkraft bei 0]]
[[Datei:Bild zweiseitige Hebelkraft.jpg|mini|Bild zur zweiseitigen Hebelkraft mit 10 N, 25cm vom Drehpunkt entfernt]]
[[Datei:Bild zweiseitige Hebelkraft.jpg|mini|Bild zur zweiseitigen Hebelkraft mit 100g, 25cm vom Drehpunkt entfernt]]
[[Datei:Zweiseitige Hebelkraft mit 10N.jpg|mini|Bild zur zweiseitigen Hebelkraft mit 10N, 15 cm vom Drehpunkt entfernt ]]
[[Datei:Zweiseitige Hebelkraft mit 10N.jpg|mini|Bild zur zweiseitigen Hebelkraft mit 100g, 15 cm vom Drehpunkt entfernt ]]


=====<u>Bilder zu Experimenten:</u>=====
=====<u>Bilder zu Experimenten:</u>=====
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l1: 0cm   
l1: 0cm   


F2: 0N 
F2: 0g 


l2: 0cm




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l1: 25cm
l1: 25cm


F2: 10N
F2: 100g 


l2: 25N  
l2: 25N  
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l1: 25 cm  
l1: 25 cm  


F2: 10N
F2: 100g 


l2: 15cm  
l2: 15cm  
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<br />
<br />
=====<u>Schlussfolgerung:</u>=====
=====<u>Schlussfolgerung:</u>=====
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
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. <u>Beispiel:</u>   F2=100kg  l2= 5cm  F1= 1000N  l1=5cm


→  F2= 100kg  l2= 5cm  F10 500N  l1=10cm
→  F2= 100kg  l2= 5cm  F10 500N  l1=10cm
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#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.
#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.
#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.
#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.
=====<u>Lösungen:</u>=====
#geg:    l1: 40cm  F2: 200kg  l2: 20cm
ges:    F1
<u>Rechnung:</u>    F1 x l1 = F2 x l2
= ____ x 40cm = 200kg x 20cm 
= 200kg x 20cm ÷ 40cm = 400kg ÷ 4 cm = 100kg
<u>Antwort:</u>  Man benötigt eine Kraft von 100kg um die Kiste anzuheben.
2.  geg:  F1: 500N  l1: 50cm  l2: 10cm
ges: F2
<u>Rechnung:</u>  F1 x l1 = F2 x l2
= 500N x 50cm = ____ x 10cm
= 500N x 50cm ÷ 10cm = 2500N ÷ 1 = 2500N/ 250kg
<u>Antwort:</u>    Nina hebt ein Stein mit der Last von 2500N/ 250kg an.

Aktuelle Version vom 19. Januar 2023, 12:43 Uhr

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 der menschliche Unterarm. Der Ellenbogen ist dabei der Drehpunkt(D), die Last (F2), die dann nach unten wirkt, ist dann der Gegenstand (Bspw. eine Einkaufstasche) die man hält. Der Lastarm(l2) ist hierbei der komplette Bereich, der vom Ellenbogen aus, bis zur Hand reicht. Die Kraft (F1) ist der Bizeps und der Kraftarm (l1) ist der Abstand, vom Ellenbogen aus, bis zum Muskel, der im Bizeps ist.

Rechnung:

Kraft x Kraftarm = Last x Lastarm

= F1 x l1 = F2 x l2

Bilder zu Experimenten:
Bild zur einseitigen Hebelkraft. F2: 100g F1: 5cm
Bild zur einseitigen Hebelkraft F1: 0,80N F2: 100g


F1: 0,80N

l1: 25cm

F2: 100g

l2: 20cm




2. Bild zur einseitigen Heblkraft
2.Bild zur einseitigen Hebelkraft F1:0,20N F2: 100

F1: 0,20N

l1: 25cm

F2: 100g

l2: 5cm



Schlussfolgerung:

Je weiter F1 und F2 voneinander entfernt sind, desto geringer ist die Kraft, die man anwenden muss. Siehe: Experimente.

Schüleraufgabe:
  1. Carlos schiebt eine Schubkarre, mit der Kraft von 500N und dem Abstand von 50cm zur Last. Wie schwer die Last ist, ist nicht bekannt, dafür aber der Abstand der Last zum Drehpunkt (das Rad). Dieser beträgt 10cm. Finde heraus, wie schwer die Last ist, die Carlos schiebt. Lösung:
  2. berechne: F1= 20N l1= 4cm F2= 10N l2=?
Lösungen:
  1. geg: F1: 500N l1: 50cm l2: 10cm

ges: F2

Rechnung: F1 x l1= F2 x l2

= 500N x 50cm = ____ x 10cm

= 500N x 50cm ÷ 10cm = 2500N ÷ 1= 2500N

= F2 = 2500N

Antwort: Carlos schiebt eine Schubkarre, mit der Last von 2500N/ 250kg.

2. geg: F1: 20N l1: 4cm F2: 10N

ges: l2

Rechnung: F1 x l1 = F2 x l2

= 20N x 4cm = ____ x 10N

= 20N x 4cm ÷ 10N = 8cm ÷ 1 = 8cm

= l2= 8cm

Antwort: l2 beträgt 8cm.

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 100g, 25cm vom Drehpunkt entfernt
Bild zur zweiseitigen Hebelkraft mit 100g, 15 cm vom Drehpunkt entfernt
Bilder zu Experimenten:

F1: 0N

l1: 0cm

F2: 0g

l2: 0cm


F1: 0,85N

l1: 25cm

F2: 100g

l2: 25N




F1: 0,45

l1: 25 cm

F2: 100g

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.


Lösungen:
  1. geg: l1: 40cm F2: 200kg l2: 20cm

ges: F1

Rechnung: F1 x l1 = F2 x l2

= ____ x 40cm = 200kg x 20cm

= 200kg x 20cm ÷ 40cm = 400kg ÷ 4 cm = 100kg

Antwort: Man benötigt eine Kraft von 100kg um die Kiste anzuheben.

2. geg: F1: 500N l1: 50cm l2: 10cm

ges: F2

Rechnung: F1 x l1 = F2 x l2

= 500N x 50cm = ____ x 10cm

= 500N x 50cm ÷ 10cm = 2500N ÷ 1 = 2500N/ 250kg

Antwort: Nina hebt ein Stein mit der Last von 2500N/ 250kg an.