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Physik

Hebel in Werkzeugen: Zange, Schere, Schubkarre

Zange, Schere und Schubkarre sind Hebel. Sie wandeln Kräfte: Man braucht weniger Kraft, dafür einen längeren Weg, oder umgekehrt.

  • ca. 12 Minuten
  • Klasse 8
  • Niveau: Basis

Das lernst du heute

  • Ich kann Kraftwandlungen an Werkzeugen erklären.
  • Ich kann das Hebelgesetz anwenden.
  • Ich kann Hebel in einseitig und zweiseitig unterscheiden.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Hebel in Werkzeugen, Je länger, desto leichter: Gleichgewicht am Hebel

Ein Hebel ist ein starrer Körper, der sich um einen Drehpunkt drehen lässt. Bei der Zange greift die Hand an langen Hebelarmen, die Backe sitzt nahe am Drehpunkt. Es ist ein zweiseitiger Hebel, die beiden Kräfte liegen auf verschiedenen Seiten des Drehpunkts. Bei der Schubkarre liegt der Drehpunkt am Rad, die Last sitzt dazwischen und die Hand greift am Griff an. Das ist ein einseitiger Hebel. Das Hebelgesetz lautet: Kraft mal Kraftarm gleich Last mal Lastarm. F1 · l1 = F2 · l2. Beispiel Zange: Die Handkraft ist 50 N, der Kraftarm 12 cm, der Lastarm 3 cm. Dann ist die Kraft an der Backe 50 N · 12 cm : 3 cm = 200 N. Die Kraft wird vervierfacht, aber der Weg der Backe ist viermal kürzer als der Weg der Hand. Schubkarre: Last 300 N im Abstand 0,4 m vom Rad, Griff 1,2 m: Handkraft = 300 N · 0,4 m : 1,2 m = 100 N.

Hebel im Alltag.
WerkzeugHebelartWirkung
ZangezweiseitigKraft an der Backe größer als Handkraft
ScherezweiseitigKraft am Schnitt größer, wenn das Papier nahe am Drehpunkt liegt
SchubkarreeinseitigHandkraft kleiner als Last

Zange berechnen

  1. Gegeben: F1 = 50 N, l1 = 12 cm, l2 = 3 cm.
  2. F1 · l1 = F2 · l2.
  3. F2 = 50 N · 12 cm : 3 cm.
  4. F2 = 200 N.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Langer Arm: wenig Kraft.

Kurzer Arm: viel Kraft.

Weg wird kleiner oder größer.

Ein Beispiel

Beispiel

Mit einem langen Schraubenschlüssel lässt sich eine Schraube leichter lösen als mit einem kurzen. Der lange Hebelarm macht den Unterschied.

Schritt für Schritt

Du berechnest eine Kraft.

  1. Notiere F1, l1 und l2.
  2. Setze ein.
  3. Rechne.
  4. Schreibe N.

Mit einem Bild erklärt

F1l1l2F2
50 N12 cm3 cm200 N

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Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Handkraft 50 N, l1 = 12 cm, l2 = 3 cm. Wie groß ist die Kraft an der Backe in N?

Zeig mir den ersten Schritt

50 · 12 : 3.

Lösung ansehen

Lösung: 200

50 · 12 = 600, 600 : 3 = 200 N.

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Eine Schubkarre trägt 300 N im Abstand 0,4 m vom Rad. Der Griff ist 1,2 m vom Rad entfernt. Wie groß ist die Handkraft in N?

Zeig mir den ersten Schritt

300 · 0,4 : 1,2.

Lösung ansehen

Lösung: 100

120 : 1,2 = 100 N.

Tipp: Zeichne den Hebel mit Drehpunkt und beide Kräfte als Pfeile. Beschrifte die Arme.

Merksatz: Hebelgesetz: F1 · l1 = F2 · l2. Längerer Arm: weniger Kraft, dafür mehr Weg.

Typischer Fehler: Oft wird gedacht, ein Hebel spare Arbeit. Er spart Kraft, aber nicht Arbeit.

Prüfen

Mini-Quiz

4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Welcher Hebel ist eine Zange?
Lösung ansehen

Lösung: Ein zweiseitiger Hebel

Frage 2 Ein Hebel spart Arbeit.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt nicht

Frage 3 Wie lautet das Hebelgesetz?
Lösung ansehen

Lösung: F1 · l1 = F2 · l2

Frage 4 Ein Hebel hat F1 = 20 N, l1 = 3 m und l2 = 1 m. Wie groß ist F2 in N?

Zeig mir den ersten Schritt

20 · 3 : 1.

Lösung ansehen

Lösung: 60

20 · 3 = 60, 60 : 1 = 60 N.

Geschafft

Hebel wandeln Kräfte nach dem Hebelgesetz. Zangen und Scheren sind zweiseitige Hebel, die Schubkarre ist ein einseitiger.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

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Kurz erklärt, 43 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

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