Hebel erleichtern das Arbeiten

Vom Hebel zur Goldenen Regel der Mechanik.

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Hebelarten

Ein Hebel besteht aus einem starren Körper, der um einen Drehpunkt gedreht werden kann.

Eine Wippe ist ein sogenannter zweiseitiger Hebel. Bei einem zweiseitigen Hebel befindet sich der starre Körper auf beiden Seiten des Drehpunkts.

Eine Wippe ist ein starrer Körper, der sich um einen Drehpunkt bewegt.
Die Wippe – ein Hebel, der bei Kindern sehr beliebt ist
Bei einem zweiseitigen Hebel greifen die Kräfte vom Drehpunkt aus auf verschiedenen Seiten an.

Eine Balkenwaage ist ein zweiseitiger Hebel. Wenn auf beiden Seiten des Drehpunkts dieselbe Kraft wirkt, dann ist der Hebel im Gleichgewicht. Eine Schnellwaage ist ein ungleicharmiger, zweiseitiger Hebel.

Balkenwaage
Balkenwaage
Schnellwaage
Schnellwaage

Bei einem einseitigen Hebel greifen die Kräfte vom Drehpunkt aus auf derselben Seite an.

Kiste wird mit einer Stange angehoben
Ein einseitiger Hebel

Hebelgesetz

Der zweiseitige Hebel ist dann im Gleichgewicht, wenn das Produkt aus Kraft $$\cdot$$ Abstand vom Drehpunkt auf beiden Seiten gleich ist.

Balanceakt

Balanceakt wird von PhET, University of Colorado Boulder zur Verfügung gestellt.

Nehmen wir an, ein Kind sitzt auf einer Wippe. Wohin muss sich ein Erwachsener auf der anderen Seite setzen, damit die Wippe ins Gleichgewicht kommt? Dafür gilt Folgendes:

Das Kind ist die Last und den Teil des Hebels, auf dem das Kind sitzt, nennt man Lastarm. Der Erwachsene ist die Kraft und den Teil des Hebels, auf dem der Erwachsene sitzt, nennt man Kraftarm. Das Hebelgesetz lautet:

Last $$ \cdot $$ Lastarm = Kraft $$ \cdot $$ Kraftarm

oder

$$ F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2 $$

So verteilen sich die Kraftverhältnisse zum Beispiel bei einer Beißzange:

Eine Beißzange mit langem und kurzem Hebel
Eine kleine Kraft am langen Hebelarm liefert eine große Kraft am kurzen Hebelarm.

Das Hebelgesetz gilt natürlich auch für einseitige Hebel.

Das bedeutet: Mit einem Hebel kann man sich zwar Kraft ersparen, man muss aber am längeren Hebelarm einen größeren Weg in Kauf nehmen.

Diese Erkenntnis wird als Goldene Regel der Mechanik bezeichnet.

Goldene Regel der Mechanik
Was an Kraft gespart wird, muss an größerem Weg hinzukommen.

Hebel nennt man in der Physik auch einfache Maschinen, weil man sich mit ihnen Kraft ersparen kann.

22. Hebel erleichtern das Arbeiten
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