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Hebel und Hebelgesetz

Mit einer Brechstange hebt eine einzige Hand eine Steinplatte an, die niemand tragen könnte — das Hebelgesetz sagt auf das Newton genau, wie viel Kraft dafür nötig ist.

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Erklärung — Kraft mal Kraftarm auf beiden Seiten

Beim zweiseitigen Hebel wirken Last und Kraft auf verschiedenen Seiten des Drehpunkts.

  • Drehpunkt:Er liegt zwischen Last und Kraft, die auf verschiedenen Seiten des Balkens wirken.
  • Gleichgewicht:Auf jeder Seite müssen Kraft und Kraftarm zusammen gleich stark wirken.
  • Beispiel:An der Wippe siehst du dieses Gleichgewicht ganz direkt.
  • Ziel:Aus dieser Beobachtung wird jetzt eine Gleichung, mit der du rechnen kannst.

Massestücke einhängen und die Drehmomente vergleichen

Links hängen Massestücke in einem Loch der Hebelwaage, rechts der Kraftmesser in einem anderen — er zeigt, wie stark er ziehen muss, damit der Balken waagerecht bleibt. Mehrere Stellungen ergeben eine Tabelle, in der sich die Spalten Kraft · Kraftarm einblenden lassen.

Hebelwaage

Nr.F1l1l2F2F1 · l1F2 · l2

Halte fest: Der Kraftmesser zeigt immer genau so viel, dass Kraft mal Kraftarm rechts denselben Wert hat wie links — verdoppelst du den Kraftarm, halbiert sich die nötige Kraft.

Hebelgesetz — zweiseitiger Hebel im Gleichgewicht
F1 · l1 = F2 · l2
F1

Last, die auf der einen Seite am Hebel zieht oder drückt, in Newton (N).

l1

Lastarm: Abstand vom Drehpunkt bis zur Last, in Metern (m).

F2

Kraft, die auf der anderen Seite des Drehpunkts angreift, in Newton (N).

l2

Kraftarm: Abstand vom Drehpunkt bis zur Kraft, in Metern (m).

Das Produkt aus Kraft und Kraftarm heißt Drehmoment.

  • Einheit:Das Drehmoment wird in Newtonmetern (Nm) angegeben.
  • Umgestellt:F2 = F1 · l1l2 zeigt, wie man Kraft spart.
  • Regel:Je länger der Kraftarm l2, desto kleiner die nötige Kraft.
  • Beispiele:Genau davon leben Brechstange, Schere und Balkenwaage.
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Hinweise

Drei Griffe helfen dir, das Hebelgesetz sicher anzuwenden.

Hinweis

Suche zuerst den Drehpunkt und ordne jede Kraft ihrer Seite zu, bevor du beide Drehmomente gleichsetzt.

Hinweis

Miss den Kraftarm senkrecht zur Kraftrichtung vom Drehpunkt aus, nicht entlang des Balkens. Sind beide Arme gleich lang, sind auch die Kräfte gleich groß.

Hinweis

Rechne mit Verhältnissen statt mit Kommazahlen: Ist der Kraftarm viermal so lang wie der Lastarm, genügt ein Viertel der Last.

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