Eine feste Radmutter kann mit einem langen Schraubenschlüssel leichter gelockert werden als mit einem kurzen. Das liegt an der Hebelwirkung. Sie ermöglicht auch das Anheben von großen Gewichten mit kleinem Kraftaufwand. Wie funktioniert die Hebelwirkung genau? Wir haben alle Hebel in Bewegung gesetzt, um es möglichst einfach zu erklären.
Spielplatz-Wippe als Paradebeispiel
Ein Hebel dient in der Physik zur Kraftübertragung. Er ist ein mechanischer Kraftwandler und besteht aus einem starren, meist stabförmigen Körper, der auf einem Drehpunkt aufliegt. Man unterscheidet dabei einseitige und zweiseitige Hebel. Ein Nussknacker – nicht das Männchen, sondern das Werkzeug für die Hand – stehen exemplarisch für den einseitigen Doppelhebel. Je weiter hinten man einen Nussknacker oder eine Astschere greift, desto leichter lässt sich die Nuss knacken bzw. der Ast durchtrennen. Je größer der Hebel(arm), desto „stärker“ scheint man folglich.
Ein Paradebeispiel für einen zweiseitigen Hebel ist eine Spielplatz-Wippe. Sitzt nur ein Kind auf dem Spielgerät, wirkt die Gewichtskraft nur auf einer Seite – und das Kind sitzt auf dem Boden. Kommt ein zweites, gleichschweres Kind dazu und setzt sich auf die andere Seite, schweben beide waagerecht in der Luft. Ist das zweite Kind allerdings schwerer, fehlt, wie bei einer Balkenwaage, das ausgleichende Gegengewicht. Das „dicke“ Kind sitzt nun auf dem Boden und das erste Kind sitzt eine Etage höher. Entscheidend ist, dass beide Seiten der Wippe gleich lang sind.
Hebelgesetz: Kraft mal Kraftarm ist gleich Last mal Lastarm
Anders sieht es aus, wenn eine Seite der Wippe länger wäre. Hier tritt das Hebelgesetz in Kraft, das in der Antike vom griechischen Mathematiker Archimedes beschrieben wurde. Es besagt: Je länger die Hebelseite im Vergleich zur Lastseite, umso weniger Last (Gewicht) oder Kraft ist notwendig, um die Last zu heben oder in der Waage zu halten. Formel: Kraft mal Kraftarm ist gleich Last mal Lastarm oder F1 x a1 = F2 x a2. Der Lastarm entspricht der Seite, an der sich die zu bewegende Last befindet. Der Kraftarm steht für die Seite, an der die bewegende Kraft anliegt. Ist sie die eine Wippenseite doppelt so lang wie die andere, muss auf der kurzen Seite doppelt so viel Gewichtskraft ausgeübt werden, um die Wippe in der Waage zu halten.
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