In diesem Artikel wird erklärt, was Hebel sind. So erfahren Sie, woraus ein Hebel in der Physik besteht, welche Hebeltypen es gibt und welche Formel Sie zur Lösung von Hebelproblemen verwenden können. Darüber hinaus können Sie die Theorie mit Schritt für Schritt gelösten Hebelübungen üben.
Was ist ein Aufzug?
Ein Hebel ist eine einfache Maschine, die Kraft und Bewegung überträgt. Mit anderen Worten ist ein Hebel ein mechanisches Gerät, das dazu dient, die auf ein Objekt ausgeübte Kraft, seine Geschwindigkeit oder die von ihm zurückgelegte Strecke zu erhöhen.
Im Allgemeinen bestehen Hebel aus einer starren Stange, die sich um einen Drehpunkt, den sogenannten Drehpunkt, drehen kann.
Der Hebel ist sehr alt, man geht sogar davon aus, dass er in prähistorischen Zeiten erfunden wurde. Tatsächlich ist der Hebelmechanismus sehr einfach herzustellen und auch deshalb sehr nützlich, weil er es ermöglicht, die auf einen Gegenstand ausgeübte Kraft erheblich zu erhöhen.
Hebelfunktionen
Schauen wir uns anhand der Definition eines Hebels an, was die verschiedenen Teile dieser Art einfacher Maschine sind:
- Stützpunkt oder Drehpunkt (F) : Dies ist der Teil des Hebels, auf dem er verbleibt. Daher trägt es das gesamte Gewicht der Stange sowie der darüber liegenden Körper.
- Kraft oder Kraft (P) : Dies ist die Kraft, die auf den Hebel ausgeübt wird, um der Last auf der anderen Seite entgegenzuwirken.
- Ladung oder Widerstand (R) : Dies ist die Kraft, die überwunden werden muss.
- Kraftarm (BP) : Dies ist der Abstand zwischen der Kraft und dem Drehpunkt.
- Widerstandsarm (BR) : ist der Abstand zwischen dem Widerstand und dem Drehpunkt.
Hebelgesetz
Damit ein Hebel ersten Grades im Gleichgewicht ist, muss die Gleichung erfüllt sein, dass Kraft mal Kraftarm gleich Widerstand mal Widerstandsarm ist.
Die Formel für das Hebelgesetz lautet daher wie folgt:
Gold:
-
ist die Kraft (oder Anstrengung).
-
ist die Waffe der Macht.
-
ist der Widerstand (oder die Last).
-
ist der Arm des Widerstands.
Arten von Hebeln
Es gibt drei Arten von Hebeln, basierend auf der relativen Position von Kraft, Widerstand und Drehpunkt. Daher wird im Folgenden jeder Hebeltyp erläutert.
Premium-Hebel
Der Hebel ersten Grades , auch Hebel erster Klasse genannt, ist der Hebel, der an jedem seiner Enden ein Gewicht trägt und der in einer Zwischenstellung den Drehpunkt darstellt.
Daher besteht das Hauptmerkmal von Hebeln ersten Grades darin, dass sie den Drehpunkt (oder Drehpunkt) zwischen der Anstrengung (oder Kraft) und der Last (oder dem Widerstand) haben.
Zum Beispiel sind der Kipphebel, die Schere, die Zange oder die Zange erstklassige Hebel. Sogar der menschliche Körper kann als Hebel ersten Grades fungieren, wenn wir versuchen, ein Gewicht zu heben.
Darüber hinaus können drei verschiedene Klassen von Hebeln ersten Grades analysiert werden:
- Hebel ersten Grades mit zentriertem Drehpunkt : Der Drehpunkt liegt genau in der Mitte des Hebels, d. h. der Abstand vom Drehpunkt zur Kraft ist gleich dem Abstand vom Stützpunkt des Widerstands.
- Hebel ersten Grades mit Stützpunkt nahe am Widerstand : Der Stützpunkt liegt näher am Widerstand als an der Kraft. Der Kraftarm ist also länger als der Widerstandsarm und daher ist die Kraft kleiner als der Widerstand.
- Hebel ersten Grades mit Drehpunkt nahe der Kraft : Der Drehpunkt liegt näher an der Kraft als am Widerstand. Der Widerstandsarm ist also länger als der Kraftarm und daher ist die Kraft größer als der Widerstand.
Hebel zweiten Grades
Hebel zweiten Grades , auch Hebel zweiter Klasse genannt, ist ein Hebeltyp, bei dem die Last (oder der Widerstand) zwischen dem Drehpunkt (oder Drehpunkt) und der Kraft (oder Kraft) liegt.
Bei Hebeln zweiten Grades befindet sich der Drehpunkt also an einem Ende des Hebels und am anderen Ende muss eine vertikale Aufwärtskraft ausgeübt werden, um die Last anzuheben.
Beispielsweise sind Schubkarren, Nussknacker und Flaschenöffner Hebel zweiten Grades.
Daher ist bei Hebeln zweiten Grades der Kraftarm immer größer als der Widerstandsarm. Daher ist bei Hebeln zweiten Grades die Kraft immer geringer als der Widerstand.
Hebel dritten Grades
Der Hebel dritten Grades , auch Hebel dritter Klasse genannt, ist der Hebel, der die Kraft (oder Kraft) zwischen dem Drehpunkt (oder Drehpunkt) und der Last (oder dem Widerstand) ausübt.
Das heißt, Hebel dritten Grades haben den Drehpunkt an einem Ende, den Widerstand am anderen Ende und die Kraft irgendwo zwischen den beiden Enden des Hebels.
Angelruten, Pinzetten und Nagelknipser sind beispielsweise Hebel dritten Grades.
Da der Widerstand immer weiter vom Drehpunkt entfernt ist als die Kraft, ist bei Hebeln dritten Grades der Widerstandsarm immer größer als der Kraftarm. Daher ist auch die zu realisierende Leistung größer als der Widerstand.
Übungen zum Thema Hebel gelöst
Übung 1
Ein 50 kg schwerer Körper wird neben einen Hebel ersten Grades gelegt, der aus einer 300 cm langen starren Stange besteht. Wenn der Abstand zwischen Last und Drehpunkt 180 cm beträgt, wie viel muss der Körper auf der anderen Seite des Hebels wiegen, damit er im Gleichgewicht ist?
Der Hebel in diesem Problem ist ersten Grades und wir kennen nur den Widerstand (50 kg) und den Widerstandsarm (180 cm). Da wir jedoch die Länge der Stange kennen, können wir den Kraftarm berechnen, indem wir die Gesamtlänge der Stange abzüglich der Länge des Widerstandsarms subtrahieren:
Somit können wir den Wert der Kraft bestimmen, indem wir die Hebelregel anwenden:
Wir setzen die Daten in die Formel ein:
Und schließlich lösen wir die Unbekannte in der Gleichung:
Übung 2
In einer Schubkarre platzieren wir einen 70 kg schweren Gegenstand 50 cm vom Auflagepunkt entfernt. Wenn der Teil, an dem die Schubkarre gehalten wird, 140 cm vom Drehpunkt entfernt ist, welchen Aufwand müssen wir dann aufwenden, um den Gegenstand mit der Schubkarre transportieren zu können?
Die Schubkarre ist ein Hebel zweiten Grades, da der Widerstand zwischen dem Drehpunkt und der Kraft liegt. Um das Problem zu lösen, müssen wir daher das Hebelgesetz anwenden:
Wir setzen die uns bekannten Daten in die Gleichung ein:
Und schließlich lösen wir die Unbekannte in der Gleichung:
Sie müssen daher eine Kraft aufwenden, die dem Heben von 25 kg entspricht.
Übung 3
Bei einem Hebel dritten Grades muss eine Kraft von 60 N ausgeübt werden, um einem Widerstand von 15 N entgegenzuwirken, der sich 80 cm vom Drehpunkt entfernt befindet. Berechnen Sie, wie weit vom Drehpunkt entfernt die Kraft ausgeübt wird.
Bei diesem Hebelproblem dritten Grades werden wir gebeten, den Arm der Kraft zu bestimmen. Um das Problem zu lösen, müssen wir also die Hebelgleichung anwenden:
Wir setzen die uns bekannten Daten in die Gleichung ein:
Und wir lösen die Unbekannte in der Gleichung:
Die Kraft muss daher 20 cm vom Drehpunkt entfernt aufgebracht werden.