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Einseitiger Hebel - die Formel für die Kraftberechnung richtig anwenden

Einseitiger Hebel - die Formel für die Kraftberechnung richtig anwenden2:46
Video von Galina Schlundt2:46

Zweiseitige Hebel wie zum Beispiel Wippen sind bekannt. Was jedoch ist ein einseitiger Hebel, wie funktioniert er und wie muss man die Formel für das Hebelgesetz dort richtig anwenden?

Was Sie benötigen:

  • Grundkenntnisse Mechanik

Einseitiger Hebel - was ist das?

  • Die meisten verbinden mit dem Wort "Hebel" eine Wippe, bei der auf beiden Seiten des Drehpunktes an (oft unterschiedlichen) Hebelarmen Kräfte wirken (beispielsweise Personen, die auf dieser Wippe sitzen). Diese Art Hebel wird zweiseitiger Hebel genannt, das Wort erklärt sich fast von selbst.
  • Im Gegensatz dazu gibt es jedoch unzählige Hebel, die einseitig sind. Sie bestehen aus einem Drehpunkt und einem oder zwei Hebelarmen, die jedoch in die gleiche Richtung weisen.
  • Eine Schubkarre ist ein einseitiger Hebel, der Drehpunkt ist der Auflagepunkt auf dem Boden. Auch ein einfacher Nussknacker ist meist ein einseitiger Hebel, denn hier befindet sich der Drehpunkt an der Spitze des Knackers.

Formel für die Kraftberechnung anwenden - das sollten Sie beachten

  • Das Hebelgesetz in seiner einfachsten Form lautet, dass Kraft mal Hebelarm auf beiden Seiten des Drehpunktes gleichgroß sein müssen. Beim Wippen machen die Personen bei unterschiedlichem Gewicht dies meist automatisch richtig, sie korrigieren nämlich den Abstand zum Drehpunkt, also den Hebelarm. 
  • Als Formel gilt F1 x a1 = F2 x a2. Dabei bedeuten F1 und F2 die links und rechts einwirkenden Kräfte in der Einheit Newton (N) und a1 bzw. a2 die dazugehörigen Hebelarme als Abstand zum Drehpunkt. Sie können in Meter, aber auch in Zentimeter angegeben werden.
  • Wie jedoch sieht diese Formel für einen einseitigen Hebel aus? Prinzipiell ändert sich an der Formel nichts Gravierendes, nur liegen die beiden Kräfte und die beiden Hebelarme auf der gleichen Seite des Drehpunktes.
  • Sie müssen also lediglich aufpassen, dass Sie den richtigen Abstand vom Drehpunkt auch der dazugehörigen Kraft zuordnen.
  • Ein Beispiel soll dies erläutern: Beim oben gewählten Beispiel des Nussknackers liegt die zu knackende Nuss meist in einem Abstand von einigen Zentimetern vom Drehpunkt, beispielsweise könnte der Hebelarm a1 = 5 cm betragen. Zum Knacken einer Walnuss benötigen Sie eine Kraft von F1 = 300 N (Wert als sog. Bruchkraft aus einer Schülermessreihe). In einem Abstand von a2 = 30 cm setzen Sie zum Knacken an. Wie groß muss Ihre Kraft dort sein? Nach dem Hebelgesetz ergibt sich 300 N x 5 cm = F2 x 30 cm und F2 = 50 N. Übrigens haben Sie dabei ein Übersetzungverhältnis von 1 : 6 für Ihre Kraft.

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