Natur und Technik für den Pflichtschulabschluss: Hebelgesetz

Definitionen und Wirkung

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  Definitionen
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  Anwendung
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  Einseitig
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  Zweiseitig

Ein Hebel ist ein Werkzeug. Man kann sagen, dass ein Hebel Kraft durch Weg kompensiert. Bei einem Hebel wird eine Stange oder etwas ähnliches benutzt, die um einen festen Punkt (Drehpunkt) drehen kann. Auf zwei (oder mehrere) andere Punkte der Stange werden dann Kräfte ausgeübt. Der Abstand vom Drehpunkt zu Kraft heißt Arm. Wenn wir z.B. ein schweres Objekt heben wollen, dann heißt der Abstand vom Drehpunkt zum Objekt Lastarm und der Abstand vom Drehpunkt zum Punkt, wo wir die Kraft ausüben, Kraftarm. Je länger der Hebelarm ist, desto kleiner ist die Kraft (und umgekehrt: Je kürzer der Hebelarm, desto größer die Kraft).

$F_{1}\cdot s_{1}=F_{2}\cdot s_{2}$

Die Anwendung von Hebeln wird schon vor mehr als 6000 Jahren dokumentiert.  Archimedes ist vermutlich der erste, der die Gesetzmäßigkeit der Funktion des Gerätes (also die Formel) beschrieben hat.

Anwendungen

Hebel werden vielfach in unserem Leben benutzt.

• Einseitiger Hebel
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  Nußknacker
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  Schraubenzieher
  Schraubenschlussel
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  Fahrradkurbel
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  Türklinke
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  Schlüssel
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  Gelenke
  (Ellenbogen)

Wenn die Last und die Kraft, die wir ausüben, sich auf der gleichen Seite des Drehpunkts befinden, dann sprechen wir von einem einseitigen Hebel. Beispiele sind der Schraubenschlüssel, die Türklinke, viele Gelenke am Körper usw.

• Zweiseitiger Hebel
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  Wippe
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  Balkenwaage
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  Ruderboot
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  Zangen
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  Schere
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  Brechstange

Wenn der Drehpunkt sich zwischen Kraft und Last befinden, dann haben wir einen zweiseitigen Hebel. Beispiele sind die Schere, die Wippe, das Ruder usw.

Hebel, Arbeit und Gesundheit

Probleme des Muskel-Skelett-Systems sind unter den zwei häufigsten Gründen der Arbeitsunfähigkeit. Dies könnte auch bedeuten, dass die Vorsorge für dieses System allgemein wichtig für die Gesundheit sein kann. Muskeln, Sehnen und Knochen bilden unzählige Hebel in unserem Körper. Wissen über die richtige Anwendung des Systems und Trainieren ( Core-Training) sind daher wichtig. Ein Beispiel ist das Heben von Objekten. Die Beine sollen nah zum Objekt sein und das Gewicht soll vor allem über die Knien hochgehoben werden. Allerdings ist die Anwendung immer der gleichen Bewegung für die Muskulatur auch problematisch und eine Variation ist immer notwendig, damit alle Muskeln trainiert werden.