Experiment 25: Was ist Hebelwirkung?

Zunächst einmal: allen Lesern ein frohes neues Jahr! Das neue Jahr beginnen wir auch gleich mit einem kleinen Jubiläum: das 25. Experiment. In diesem Experiment schauen wir uns die Hebelwirkung an. Viel Spaß dabei!
 

Was brauche ich?

• Ein 30cm-Lineal,
• ein Gummiband,
• einen dicken Blei- oder Buntstift und
• ein paar Bauklötze (alle gleich groß).

Wie lange dauert es?

Weniger als 10 Minuten.
 

Wie funktioniert es?

Als erstes befestigst Du den Stift am Lineal (so wie auf dem Foto). Das ist für die Funktion des Experiments nicht wirklich wichtig, aber so kann der Bleistift nicht von allein verrutschen.

Für den ersten Teil schiebst Du den Stift so genau in die Mitte des Lineals, wie Du kannst. Als Last legst Du einen Bauklotz auf die linke Seite des Lineals, unsere Lastseite (ganz außen). Wenn Du jetzt auf die rechte Seite (unsere Hebelseite) ebenfalls einen (gleich schweren) Klotz packst, sollten beide Seiten sich die Waage halten. Das heißt, ich brauche genauso viel Kraft (das Gewicht des rechten Klotzes), um den linken Klotz (die Last) zu heben, als ob ich ihn direkt, also ohne Hebel, hochhebe.

Nun zum zweiten Teil. Jetzt schiebst Du den Stift nach rechts, also verkürzen wir die Hebelseite und verlängern die Lastseite. Jetzt braucht man sogar mehr Kraft, um die Last zu heben.

Bei meinem Versuch hatte ich nicht einmal genug Bauklötze, um die Last zu heben:

Beim dritten Teil werden wir den Hebel jetzt sinnvoll nutzen ;-). Dazu verschiebst Du den Stift nach Links, also verlängerst die Hebelseite und verkürzt die Lastseite. Nun brauchts Du deutlich weniger Kraft/Gewicht, um eine Last anzuheben.

Warum ist das so?

Was Du hier gesehen hast, nennt man Hebelwirkung oder Hebelgesetz. Je länger die Hebelseite in Deinem Aufbau im Vergleich zur Lastseite ist, umso weniger Kraft (oder wie in unserem Aufbau ein Gegengewicht) brauchst Du, um eine Last zu heben. Je länger der Hebel, umso stärker scheinst Du zu sein, wenn Du eine Last heben willst.

Wenn Du ein Gewicht auf eine definierte Höhe hebst, nennt man das in der Physik eine Arbeit verrichten. Die physikalische Größe Arbeit setzt sich immer aus Kraft und Weg zusammen. Der Hebel nutzt dabei einen Trick. Er vergrößert den Weg, ohne die Last zu verändern. Deshalb sinkt die benötigte Kraft. Wenn Du z.B. den Hebel auf der Hebelseite soweit verlängerst, dass Du den Weg verdoppelst den Du das Lineal herunterdrücken musst, um die Last auf der Lastseite um die gleiche Strecke zu heben, wie zuvor, brauchst Du auch nur noch die Hälfte der Kraft. Nun weißt Du, was ein Hebel ist, was Hebelwirkung ist und wie man sich damit die Arbeit beim Heben erleichtern kann.