Anton-Philipp-Reclam-Gymnasium Leipzig/Kraefte745/Hebelgesetz

Grundwissen

Ein Hebel ist ein einfacher Mechanismus, der verwendet wird, um Kräfte zu verstärken oder zu verringern. Es besteht aus einem Hebelarm, der an einem festen Punkt befestigt ist, und einer Last, die am anderen Ende des Hebelarms angebracht ist. Wenn eine Kraft auf den Hebelarm ausgeübt wird, bewegt sich die Last entweder aufwärts oder abwärts, je nachdem, wie die Kraft auf den Hebelarm wirkt.

Das Hebelgesetz besagt, dass die Kraft, die auf einen Hebel ausgeübt wird, proportional zum Produkt aus Last und Lastarm ist. Dieses Gesetz kann verwendet werden, um die Größe der Kraft zu berechnen, die benötigt wird, um eine Last zu bewegen oder umzusetzen.

Formel

F₁ x l₁ (Kraftarm) = F₂ x l₂ (Lastarm)

Ist F₁ x l₁ = F₂ x l₂ sind diese gerade. Ein Beispiel:

Also ist der Kraftarm "gerade".

Umstellung

(F₂ x I₂ = F₁ x l₁) : F₂

Wenn man jetzt F₁, F₂ und l₁ kennt, muss man die Formel umstellen:

(1 N x 0,5 m) : 1 N

= 0,5 m

Das gilt aber nur, wenn der Kraft bzw. Lastarm "gerade" ist. Ansonsten bräuchte man eine Komplexere Formel, die wir hier nicht behandeln.

(F₁ x l₁ = F₂ x l₂ ) : l₁

Wenn jetzt F1 gesucht ist, stellt man die Formel folgendermaßen um:

(1 N x 0,5 m = 1 N x 0,5 m) : 0,5 m = 1 N

Experiment

Benötigt wird:

• 1 Lineal
• Gewichte
• 1 Hebelarm
• 1Stand für Hebelarm
• (1 Waage)

Aufbau

Man stellt den hebel auf und hängt ein beliebig großes Gewicht an ein Ende. Ans andere Ende hängt man nun auch ein Gewicht. Jetzt misst man Kraft- und Lastarm. Nun kann man versuchen, ein unbekanntes Gewicht zu errechnen. Wahlweise kann man auch erst schätzen. Auch, kann man die Unbekannte verändern. Wenn man eine Waage hat, kann man auch z.B. Steine verwenden.

Aufgaben

1. Gegeben: F₁ = 1,5 N F₂ = 1 N I₁ = 0,5m
2. Gesucht: I₂