Hebelgesetz erklärt für dumme?
Hallo
und zwar kann mir jemand das Hebelgesetz so erklären, dass man das als nicht sehr schlauer Mensch verstehen kann? Es steht irgendwie überall was anderes und ich verstehe das einfach nicht. Wäre lieb, wenn mir jemand helfen könnte...
6 Antworten
Ein wichtiges physikalisches Gesetz ist das Gleichgewicht der Kräfte.
Isaac Newton hat formuliert: Actio = Reactio
Kraft = Gegenkraft
Das gilt auch für andere Kraftgleichgewichte:
Wenn man einen Hebel um eine Achse bewegt (F*L), entsteht ein Drehmoment (M).
Drehmoment Uhrzeigersinn (M1) = Drehmoment Gegenuhrzeigersinn (M2)
Wenn man am langen Hebel L1 mit der Kraft F1 drückt (Drehmoment 1), entsteht am kurzen Hebel L2 eine Kraft F2 (Drehmoment 2), die dem Verhältnis zwischen dem langen und dem kurzen Hebel (L1/L2) entspricht.
Beispiel: Radmutter am Auto.
Der Schlüssel ist l=30cm lang und am Ende greift eine Kraft F=100 N an.
Der Drehpunkt ist in der Mitte der Radmutter
Das Drehmoment,was nun wirkt berechnet sich so:
Drehmoment= Kraft mal Hebelarm
Formel M=F*l=100 N *0,30 m=30 Nm (Newton mal Meter)
Hinweis: Die Kraft F und der Hebelarm l bilden immer einen 90° Winkel.Die Kraft F (ist ein Vektor) steht immer senkrecht auf den Hebelam.
Bei einen Balken oder träger gilt nun um den Drehpunkt des Balkens
Die Summe aller Drehmoment ist zu jeden Zeitpunkt gleich Null
rechtsdrehendes moment + linksdrehendes Moment= Null
- Schritt: positives Moment festlegen,welches Moment ist nun "positiv" und welches ist "negativ".
- Schritt: Die Momente in die Gleichung einsetzen
ergibt das Gesetz "Kraft mal Kraftarm =Last mal Lastarm"
auf der einen Seite bringst du deine Kraft F am Kraftarm lk auf und das ergibt das Drehmoment Mk=Fk*lk
Damit der Balken im Gleichgewicht ist ist das Lastmoment gleich groß.
Das lastmoment wirkt aber in entgegengesetzter Drehrichtung
Lastmoment also Ml=Fl*ll
Gleichgewichtsbedingung Mk=Ml
Beispiel: Gegeben ein Kraft Fk=100 N und der Kraftarm lk=2m
Welche Last kann hochgehoben werden,wenn der Lastarm ll=1 m lang ist?
Mk=Ml ergibt Fk*lk=Fl*ll
mit Fk=100N und lK=2m und ll=1m ergibt
100N*2m=Fl*1m umgestellt nach Fl ergibt
Fl=100N*2m/1m=200 N
siehe Physik-Formelbuch
Gewichtskraft Fg=m*g
Fl=Fg=200N ergibt m=Fg/g=200N/)9,81m/s^2=20,39 kg
Also kannst du,wenn du am Ende vom Kraftarm lk=2m mit 200 N drückst ,20,39 kg anheben.
Formel Fk*lk=Fl*ll
Das Hebelgesetz lautet:
"Kraft mal Kraftarm = Last mal Lastarm"
Das bedeutet zum Beispiel:
Der eine Hebelarm ist 1 m lang und auf ihn wirkt eine Kraft von 10 N.
Wenn der andere Hebelarm 2 m lang ist, benötigt man nur 5 N um das System im Gleichgewicht zu halten, da 1 m * 10 N = 2 m * 5 N.
Das bedeutet: um so länger ein Hebel (im Verhältnis zum anderen Hebel) ist um so weniger Kraft wird auf dieser Seite benötigt, um das System im Gleichgewicht zu halten.
Das Hebelgesetz ist eigentlich ganz einfach. In der Physik sind nicht Kräfte, sondern Energien die Erhaltungsgröße. Das Produkt aus Kraft mal Weg ergibt aber die Energie.
Wenn du nun eine konstante Energie hast, z.B. hat ein Kind auf einer Wippe durch sein Gewicht und die Schwerkraft eine gewisse potentielle Energie, kannst du diese Energie nun in Kraft mal Weg umwandeln.
Es muss aber nur das Produkt erhalten bleiben. Wie du dies nun aufteilst bleibt dir überlassen. Wählst du auf der anderen Seite der Wippe einen langen Weg so ist die resultierende Kraft sehr gering. Wählst du aber einen sehr kurzen Weg so ist die Kraft eben sehr groß.
Auf diese Art und Weise kannst du beim Hebelgesetz (oder auch beim Flaschenzug) Kräfte problemlos in sehr viel größere umwandeln. Du musst dann nur einen größeren Weg zurücklegen.
Zum Beispiel beim Flaschenzug musst du nur länger am Seil ziehen, um eine größere Kraft zu erhalten.
Du musst aber bei all diesen Vorgängen immer noch die gleiche Energie aufwenden. Es ist aber so, dass die maximale Kraft eines Menschen begrenzt ist, obwohl du eigentlich genügend Energie hättest. Durch Hebelgesetz und Flaschenzug kannst du lediglich die nötige Kraft reduzieren.
Das gleiche gilt ja auch im Auto oder in der Gangschaltung im Fahrrad. Obwohl der Motor genügend Leistung hat, um einen Berg hoch zu fahren musst du in einen kleineren Gang schalten. Beim Fahrrad musst du dafür dann mehr treten.
So einfach sind die Antworten doch nicht. Die Kraft beim Hebel ist = Abstand vom Ansatzpunkt x Gewicht. Bedeutet bei einer Schaukel :
Du wiegst 50 kg und hast 2 Meter Abstand vom Drehpunkt
50 X 2 = 100
Auf der anderen Seite sitzen 100 kg in 1 Meter Abstand
1 x 100 = 100
Gleichgewicht
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Du sitzt in 10 Meter Abstand
10 x 50 = 500
Auf der anderen Seite sitzt ein Nashorn mit 500 kg in 1 Meter Abstand.
1 x 500 = 500
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Du bist mit dem Nashorn im Gleichgewicht
Alles Gute