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Das Hebelgesetz einfach erklärt

Die Wirkung eines Hebels haben Sie im Alltag sicher schon oft genutzt, zum Beispiel wenn Sie einen Schraubenschlüssel oder einen Nussknacker verwenden, oder Lasten mit dem Schubkarren transportieren. In diesen Fällen wenden Sie das Hebelgesetz intuitiv an, indem Sie diese Gegenstände so anfassen, dass Sie für Ihr Vorhaben möglichst wenig Kraft brauchen.

Der Flaschenöffner ist ein einseitiger Hebel.
Der Flaschenöffner ist ein einseitiger Hebel.

Was ein Hebel ist

  • Um das Hebelgesetz zu verstehen, sollten Sie sich zunächst verdeutlichen, was ein Hebel ist und welche Arten es gibt. Unter einem Hebel versteht man einen starren Körper, der sich um einen Drehpunkt bewegen lässt. Es gibt zweiseitige und einseitige Hebel.
  • Beim zweiseitigen Hebel liegt der Drehpunkt zwischen den beiden Enden des Hebels. Stellen Sie sich eine Wippe für Kinder vor. Das ist ein typisches Beispiel für einen zweiseitigen Hebel. Hier befindet sich der Drehpunkt in der Mitte. Die beiden Abschnitte der Wippe links und rechts vom Drehpunkt nennt man Kraftarme. Beim zweiseitigen Hebel haben die angreifenden Kräfte die gleiche Richtung. Im Fall der Wippe sind das die nach unten wirkenden Gewichtskräfte der aufsitzenden Personen.
  • Einen einseitigen Hebel benutzen Sie, wenn Sie mit einem Flaschenöffner einen Kronkorken entfernen. Hier befindet sich der Drehpunkt an der vorderen Spitze des Flaschenöffners. Ein Kraftarm reicht von dieser Spitze bis zu der Stelle, wo Sie den Flaschenöffner anfassen. Der andere Kraftarm reicht ebenfalls von der Spitze bis zu der Stelle, an welcher der Flaschenverschluss gehoben wird. Beim einseitigen Hebel wirken die angreifenden Kräfte auf einer Hebelseite, und zwar in entgegengesetzte Richtungen.

Das Hebelgesetz und seine praktische Anwendung

  • Das Hebelgesetz gilt sowohl für zweiseitige als auch für einseitige Hebel. Es besagt, dass sich ein Hebel im Gleichgewicht befindet, wenn die Summe aller in eine Richtung gerichteten Drehmomente, die auf den Hebel wirken, gleich der Summe aller in die entgegengesetzte Richtung gerichteten Drehmomente ist. Die Drehmomente berechnen Sie, indem Sie jeweils die angreifende Kraft mit der Länge des zugehörigen Kraftarms multiplizieren.
  • Für das Hebelgesetz gilt die Bedingung, dass alle Kräfte senkrecht zum Hebelarm angreifen. Wenn Kräfte schräg angreifen, ermitteln Sie den Abstand zwischen dem Drehpunkt und der Wirklinie der Kraft auf einer Linie, die durch den Drehpunkt verläuft und senkrecht zur Wirklinie der Kraft steht. Diesen Abstand betrachten Sie dann als Länge des Hebelarms.
  • Wenn Sie von zwei angreifenden Kräften ausgehen, können Sie das Hebelgesetz als Formel schreiben:  F1∙l1=F2∙l2, wobei F jeweils für die Kraft steht und l für die Länge des Kraftarms. Die entstehenden Drehmomente wirken in diesem Fall in entgegengesetzte Richtungen.
  • An dieser Formel erkennen Sie, dass es nicht nur die aufgewendete Kraft von Bedeutung ist, wenn Sie mit einem Hebel beispielsweise eine Last heben wollen, sondern auch die Länge des Kraftarmes und des Lastarmes.
  • Sicher kennen Sie Beispiele aus der Praxis, wo mithilfe dieser Erkenntnisse die Wirkung einer Kraft erhöht wird. Wenn Sie einen Schraubenschlüssel benutzen, fassen Sie diesen in möglichst großer Entfernung zur Schraube an. Wenn Sie Lasten mit dem Schubkarren transportieren, lagern Sie diese möglichst nah am Rad. Dadurch wird der Kraftarm verlängert und der Lastarm verkürzt. Auch bei Press- oder Bremshebeln erzielt man so mit einer vergleichsweise geringen Kraft eine große Wirkung.
  • Umgekehrt können Sie aber auch die Wirkung einer großen Kraft durch Kürzung des Kraftarmes oder Verlängerung des Lastarmes abschwächen.
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