Physik 8 · Mechanik

Hebelgesetz

Mit einer langen Stange hebt man Lasten, die man mit bloßen Händen nicht bewegen könnte. Eine solche drehbar gelagerte Stange heißt Hebel, der Abstand vom Drehpunkt zum Angriffspunkt einer Kraft heißt Hebelarm a. Hier hängst du Massestücke an einen Balken und findest heraus, wann er im Gleichgewicht ist.

So gehst du vor

1Ziehe Massestücke aus der Ablage an ein Loch des Balkens. Die Löcher haben einen Abstand von 5 cm. Zieh ein Stück vom Balken weg, nimmst du es ab.
2Bringe den Balken ins Gleichgewicht und tippe „Gleichgewicht notieren“. Wiederhole das mit anderen Massen und Löchern.
3Suche selbst nach der Regel. Erst dann „Auswertung zeigen“.
4Wechsle zu „Kraftmesser“. Ziehe Last und Kraftmesser an den orangen Griffen auf ein anderes Loch und übernimm die Werte in die Tabelle.

Messung

Körper X

In einem Loch hängen die Stücke untereinander. Der Balken selbst ist symmetrisch und wirkt nicht mit.

A Gleichgewichte

Nr.	links	rechts

B Kraft und Hebelarm

Halte Last und Lastarm fest und ändere nur den Kraftarm. Berechne für jede Zeile das Produkt F · a.

Nr.	Kraftarm a in cm	Kraft F in N

C Hebel im Alltag

Beispiel

Masse m₁

30 kg

Masse m₂

45 kg

Zweiseitiger Hebel: Das Lager liegt zwischen den Kräften.

F₁ · a₁ = 294 N · 2,00 m = 589 N · m

F₂ · a₂ = 441 N · 1,00 m = 441 N · m

Aufträge

Hänge links 100 g in Loch 6. Finde rechts drei verschiedene Möglichkeiten für ein Gleichgewicht mit nur einem Loch. Notiere sie.
Stelle eine Regel auf, mit der du ein Gleichgewicht vorhersagen kannst, ohne zu probieren. Prüfe sie an einem neuen Beispiel. Vergleiche dann mit der Auswertung in Tabelle A.
Hänge links 100 g in Loch 3 und 50 g in Loch 8. Wo musst du rechts 100 g hinhängen?
Wechsle zum Kraftmesser, zweiseitig, Last 200 g bei 20 cm. Miss F für mindestens sechs Kraftarme und fülle Tabelle B. Wie ändert sich F, wenn du den Kraftarm verdoppelst? Berechne jeweils F · a.
Stelle auf „Einseitig“ um und miss noch einmal. Was ändert sich, was bleibt gleich?
Lege Körper X in die Ablage und bestimme seine Masse nur mit Massestücken und dem Hebelgesetz. Tipp: Hänge X in ein Loch mit gerader Nummer. Löse erst danach auf.
Wippe: Ein Kind mit 30 kg sitzt 2 m vom Lager entfernt. Berechne, wo ein Kind mit 45 kg sitzen muss, und prüfe es.
Schere: Warum schneidet man einen dicken Draht nahe am Gelenk und nicht an der Spitze? Bestimme die Handkraft für beide Stellen.
Schubkarre: Wo lädst du schwere Säcke hin, damit das Tragen leicht fällt? Bestimme die Handkraft für 60 kg bei 0,30 m und bei 0,70 m.

Kräfte als Pfeile und die Gewichtskraft: Ein Körper der Masse 1 kg zieht mit etwa 9,81 N nach unten.