Hebel im Alltag
Inhalt
Muskelkraft
Hebel kommen auch in der Natur häufig vor.
Der Unterarm ist ein einseitiger Hebel. Im Ellbogengelenk liegt der Drehpunkt. Vom Ellbogen bis zur Hand reicht der Lastarm. Der Kraftarm ist der kurze Abstand vom Ellbogen bis zum Ansatz des Oberarmmuskels (Bizeps). Deshalb muss der Muskel sehr viel mehr Kraft aufbringen, als die Gewichtskraft ausmacht.
Flaschenzug
Ein Flaschenzug besteht aus festen und beweglichen Rollen. Mit einem Flaschenzug kann man Kraft sparen.
Einfacher Flaschenzug
Die obere, feste Rolle dient zur Kraftumlenkung. Du kannst deshalb auf dem Boden stehen und nach unten ziehen.
Die untere Rolle ist beweglich und dient zur Kraftersparnis.
Mit einem einfachen Flaschenzug aus einer festen und einer beweglichen Rolle braucht man nur die halbe Kraft, um eine Last zu heben. Man muss das Seil aber doppelt so weit bewegen.
Was an Kraft gewonnen wird, geht an Weg verloren.
Hat ein Flaschenzug zwei bewegliche Rollen, so benötigt man zum Heben der Last nur ein Viertel ihres Gewichts. Der Weg wird dabei vervierfacht.
Susi und Max messen ihre Kräfte.
Warum ist sich Susi sicher, dass sie gewinnt?
Schau dir noch einmal die beiden Rollen beim einfachen Flaschenzug an.
Erkläre deinen Mitschülerinnen und Mitschülern, warum Susi gewinnt.
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Zange
Eine Zange ist ein zweiseitiger Hebel.
Bringt eine Zange in die Schule mit.
Vergleicht die Zangen untereinander.
Welche Zange hat den größten Kraftarm?
Welche Zange hat den kleinsten Lastarm?
Dividiert bei allen Zangen die Länge des Kraftarms durch die Länge des Lastarms. Das ergibt den Kraftgewinn.
Legt die Zangen in der Reihenfolge vom geringsten zum größten Kraftgewinn auf.
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Schraubenzieher mit breitem und schmalem Griff
Erkläre, mit welchem Schraubenzieher du eine Schraube besser lockern kannst.
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Zeichne den Schraubenzieher mit breitem Griff und zeichne den Last- und den Kraftarm ein.
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Fahrrad
Beim Fahrrad wirken an vielen Stellen Hebel.
Pedale
Die Länge des Pedals (der Kraftarm) ist etwa doppelt so lang wie der Radius des Kettenrads. Darum wird hier deine Muskelkraft verdoppelt. Allerdings musst du mit deinem Fuß einen doppelt so langen Weg drehen wie der Zahnkranz.
Hinterrad
Der Radius des Hinterrads ist achtmal so groß wie der Radius des kleinen Zahnkranzes. Darum wirkt auf das Hinterrad nur ein Achtel der Kraft, aber du hast einen achtfachen Weggewinn.
Fahrrad
Miss bei einem Fahrrad die Länge der Tretkurbel und den Radius des vorderen Zahnkranzes.
Berechne den Kraftgewinn.
Miss den Radius des Hinterrads und des hinteren Zahnkranzes. Berechne den Weggewinn.
In der Ebene und bergauf
Mit einer Gangschaltung kannst du bestimmen, ob du möglichst viel Weggewinn machen möchtest oder ob du mehr Kraft sparen willst. Wenn du in der Ebene möglichst weit kommen willst, muss der kleinste hintere Zahnkranz verwendet werden. Beim Bergauffahren möchtest du Kraft sparen. Darum wird der größte hintere Zahnkranz verwendet. Dafür kommst du bei einer Umdrehung des Pedals nicht so weit.
Training
Gleichgewicht
Schätze, wievielmal die Kugel schwerer ist als der Tennisspieler.
Gib an, um welchen Hebel es sich handelt.
Erkläre, warum diese Anordnung im stabilen Gleichgewicht ist.
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Hebe eine Tasche mit dem Arm hoch.
Verkleinere dann den Lastarm, indem du die Last am Unterarm nahe am Ellbogen hältst.
Was spürst du?
Finde eine Erklärung.
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In diesem Raster sind waagrecht und senkrecht acht Begriffe aus diesem Abschnitt versteckt. Markiere die entsprechenden Felder.
Wähle fünf Begriffe aus und schreibe Sätze, in denen du sie erklärst.
1. Wort:
Satz:
2. Wort:
Satz:
3. Wort:
Satz:
4. Wort:
Satz:
5. Wort:
Satz:
Setze die richtigen Wörter aus der Liste in die Lücken ein:
Zähne – Hebel – Kraft – Kette – Kettenrad – kleiner – Vorderrad – Hinterrad – kürzer – Radius
| Beim Fahrrad überträgt die |
| die Tretkraft von der Tretkurbel auf das Kettenrad des Hinterrads. |
| Je mehr |
| das vordere |
| hat, desto weniger muss man sich anstrengen. |
| Beim |
| wird keine Kraft gewonnen, da das Kettenrad |
| als das Rad ist. |
| Bei den Tretkurbeln wird |
| gewonnen, da sie länger als der |
| des Zahnrads sind. |
Kreuze jeweils die richtige Lösung an.
Eine Wippe ist
Mit einem langen Hebelarm kann man
Ein Flaschenzug besteht
Ein Schubkarren ist
Richtiges Heben
Durch falsches Heben (Oberkörper vorgebeugt, gestreckte Knie) kann die Belastung der Wirbelsäule mehr als doppelt so groß werden wie bei richtigem Heben. Bei falscher Haltung kann eine Masse von etwa 20 kg, die mit den Händen aufgehoben wird, eine Kraft von mehr als 3 000 N in der Wirbelsäule erzeugen.
Nicht so!
Sondern so!
Erkläre in eigenen Worten, wie man schwere Gegenstände aufheben soll.
Verwende dabei die Begriffe aus dem Text „Richtiges Heben“.
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Gib an, bei welchen Tätigkeiten die Wirbelsäule belastet wird.
Gib an, wie du dabei die Belastung der Wirbelsäule gering halten kannst.
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Beim Fahrrad wirken an vielen Stellen Hebel.
Tretkurbel
Bei dem gezeigten Beispiel beträgt die Tretkraft 100 N. Auf die Kette wirkt eine Kraft von 400 N.
Gib an, um wievielmal kleiner der Radius des vorderen Kettenrads ist.
Hinterrad
Der Radius des Hinterrads ist 8 Mal so groß wie der Radius des hinteren Kettenrads.
Gib an, wie groß die Kraft ist, die das Hinterrad ausübt.
Jakob hat in seinem Kübel 3 kg Äpfel gesammelt.
Er will sie mit seinem Flaschenzug in die Höhe ziehen. Berechne, wie viel Kraft er dafür benötigt.
Karl und Hugo führen mit Schubkarren große Steine. Sie haben beide Schubkarren gleicher Bauart mit je 1,6 m Länge.
Hugo hat seinen Stein (10 kg) ganz vorne (40 cm vom Rad entfernt) hingelegt, Karl seinen Stein (6 kg) ganz hinten (80 cm vom Rad entfernt).
Gib die Längen der Lastarme an. Gib die Länge des Kraftarms an.
Karl:
Hugo:
Wer muss mehr Kraft aufwenden?
Begründe.
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Merke
In Natur und Technik findet man viele Anwendungen des Hebelgesetzes.
