Hebelgesetz bei einer Wippe?
Hallo,
das Grundprinzip vom Hebelgesetz ist eigentlich klar.
Wenn 2 Kinder auf der Wippe verteilt sind und fast glich schwer sind kann ich mit dem kleinen Finger die Wippe im Gleichgewicht halten. Wenn jedoch das leichtere auf dem Boden ist muss ich wesentlich mehr Kraft aufbringen um das Gleichgewicht wieder herzustellen.
Jetzt meine Frage: Wie erklärt sich der höhere Kraftaufwand je nach Höhe der aufgelegten Last?
Vielen Dank
Raphael
3 Antworten
Zum einen der Hinweis von Spikeman: Die Kinder sind weder starr noch festgeschraubt.
Zum anderen: In der Schule schaut man meist nur Hebel an, bei denen der Drehpunkt und die Angriffspunkte der beiden Gewichtskräfte auf einer Linie liegen.
Liegt jetzt aber, wie bei einer Wippe, der Drehpunkt tiefer als die Angriffspunkte der beiden Kräfte, dann bekommt, sobald der Hebel sich dreht, die tiefere Seite einen längeren und die andere einen kürzeren Hebelarm.
Weil als Hebelarm ja nicht die konstante Entfernung Drehpunkt - Angriffspunkt gilt, sondern der horizontale Abstand zwischen Drehpunkt und dem Lot durch den Angriffspunkt.
Der Angriffspunkt ist nicht der Schwerpunkt, sondern der Auflagepunkt. Grob geschätzt der Flächen-Mittelpunkt des Sitzes.
Eine Wippe kann man natürlich so bauen, dass der Drehpunkt oberhalb der Verbindungslinie der Sitze liegt - dann verhält sie sich wie eine Balkenwaage.
Man kann sie aber auch mit tiefergelegtem Drehpunkt bauen, dann tritt der von Fragesteller beschriebene Effekt ein. Z.B. so:
hmm, ok, hier gibt es fast keine echten Wippen mehr, sondern nur noch sowas mit Federn. Vermutlich ist die Verletzungsgefahr zu groß (Höhe und Finger einklemmen). Von daher dachte ich einfach an einen fetten Balken mit einer Achse mitten durch, bei dem die Abstände deutlich kleiner sind!
Warum braucht man MEHR Kraft, wenn das LEICHTERE Kind unten ist? Da müsste die Rückstellung quasi automatisch gehen!
Ich vermute einfach mal, das das daran liegt, dass die Kinder ja nicht unbeweglich festgeschraubt sind, sondern sich vor und zurück bewegeen, bzw. lehnen können! Allein diese Veränderung des Trägheitsmoments reicht vermutlich aus, um schon spürbar zu werden!
ZB lehnen sich Personen mehr oder weniger automatisch nach vorn Richtung Mitte, damit sie nicht nach hinten herunter fallen, ODER sie rutschen die Schräge etwas nach vorn! Dagegen lehnen sich vllt einige Personen nach hinten, aus Übermut, und weil die Fallhöhe gering ist, haben sie davor auch keine Angst! Wenn sie dann noch etwas nach hinten runter rutschen, braucht man plötzlich deutlich mehr Kraft, vor allem wenn man iwo mittig steht und einen ungünstigen Hebel hat!
Wie erklärt sich der höhere Kraftaufwand je nach Höhe der aufgelegten Last?
Gar nicht.
Warum liegen die Angriffspunkte bei einer Wippe nicht auf einer Geraden?!?
Klar lässt sich der Schwerpunkt einer (sitzenden) Person nicht genau bestimmen, aber im einfachsten Fall ist doch eine Wippe eine starre Stange, mit einer Achse in der Mitte und zwei Sitzen an den Enden. Und da die meisten mit ihrem Hintern darauf sitzen, ist der Schwerpunkt recht gut auf der Höhe der Stange!