Hebel (Abbildung 4)
Es gibt vier unterschiedliche Hebel, aber alle haben einige
Gemeinsamkeiten. Alle Hebel haben eine Stange, eine Strebe
oder eine andere Oberfläche, die auf einem Hebelstützpunkt
aufliegt. Die Kraft wirkt auf ein Ende einer Stange, wodurch
sich wiederum eine Last bewegen lässt. Wenn sich die Last in
der Nähe des Hebelstützpunktes befindet, ist ein geringerer
Kraftaufwand erforderlich.
Bei einem Hebel der ersten Klasse befindet sich der
Hebelstützpunkt in der Mitte der Last. Eine Wippschaukel ist
ein gutes Beispiel für einen Hebel der ersten Klasse, bei dem
die Kraft in einer Richtung angewandt wird, während sich
die Last in die gegenüberliegende Richtung bewegt. Bauen
Sie das Modell auf, so dass die Stange im Mittelpunkt des
Hebelstützpunktes aufliegt, und platzieren Sie zwei Räder auf
beiden Seiten der Stange, um das Prinzip zu demonstrieren.
Beachten Sie, dass ein Ende angehoben wird, wenn das
andere Ende nach unten gedrückt wird. S. Abbildung
4
B.
Bei einem Hebel der zweiten Klasse befindet sich der
Hebelpunkt an einem Ende, wobei die Last zwischen dem
Hebelpunkt und der angewandten Kraft positioniert ist. Eine
Schubkarre ist ein Beispiel für einen Hebel der zweiten Klasse.
Die Last befindet sich im Mittelpunkt, und der Hebelpunkt ist
das Rad. Die Kraft wird an den Griffen ausgeübt und versetzt
die Person in die Lage, die Last problemlos zu bewegen. Bauen
Sie das Modell auf, wobei die Stange an einem Ende auf dem
Hebelpunkt aufliegt, und platzieren sie ein Rad im Mittelpunkt.
Heben Sie das andere Ende der Stange an, um dieses Prinzip
zu demonstrieren. Beachten Sie, wie die Last in die gleiche
Richtung wie die Kraft angehoben wird. S. Abbildung
4
C.
Bei einem Hebel der dritten Klass befindet sich der Hebelpunkt
ebenfalls an einem Ende; dieses Mal wirkt die ausgeübte Kraft
jedoch im Mittelpunkt zwischen dem Hebelpunkt und der
Last. Ein Beispiel für diesen Hebeltyp ist eine Angelrute. Beim
Angeln agiert der Arm als Hebelpunkt, die Kraft wird auf den
Mittelpunkt der Angelrute ausgeübt, und die Last befindet sich
am Ende der Angelschnur. Die Last bewegt sich in die gleiche
Richtung wie die angewandte Kraft. Bauen Sie das Modell auf,
wobei die Stange an einem Ende auf dem Hebelpunkt aufliegt,
und platzieren sie ein Rad am anderen Ende. Heben Sie den
Mittelpunkt der Stange an, um einen Hebel der dritten Klasse
zu demonstrieren. Beachten Sie, wie die Last in die gleiche
Richtung wie die Kraft angehoben wird. S. Abbildung
4
D.
Wellrad (Abbildung 5)
Ein Wellrad ist eine Maschine, die besonders weit verbreitet
und äußerst nützlich ist. Seine Aufgabe besteht darin,
Gegenstände mit sehr geringem Kraftaufwand von einem Ort
an einen anderen Ort zu bewegen. Die Bewegung wird durch
Rollen eines Gegenstands erzielt, während sich das Rad auf
der Achse bewegt. Demonstrieren Sie dieses Prinzip, indem
Sie das Modell eines Türdrückers erstellen. Drehen Sie das
Rad vorwärts und rückwärts, und beobachten Sie, wie sich die
Achse dreht. S. Abbildung
5
C.
Das Wellrad besteht aus einem Rad mit einer Stange in
dessen Mittelpunkt, die als Achse bezeichnet wird. Autos,
Uhr-Laufwerke, Schubkarren und Türdrücker sind nur einige
Beispiele, in denen ein Wellrad zu finden ist.
Experimentieren Sie mit dem Wellrad und bauen Sie das
Modell eines Autos (S. Abbildung
5
E). Legen Sie einen
Gegenstand auf das Auto und rollen Sie es auf einer
Oberfläche. Stellen Sie fest, wie gering der erforderliche
Kraftaufwand ist. Stellen Sie den gleichen Gegenstand jetzt
auf die gleiche Oberfläche ohne das Auto. Schieben Sie den
Gegenstand über die Oberfläche. Stellen Sie fest, wie viel
mehr Kraft erforderlich ist, um mit dem gleichen Gegenstand
die gleiche Strecke zurückzulegen.
Definitionen
Kraftaufwand
- Kraft, die zur Bewegung eines Gegenstands
aufgewendet wird
Kraft
- jede Form des Ziehens oder Schiebens an einem
Gegenstand
Hebelpunkt
- Die Auflage, auf der ein Hebel aufliegt, während
ein Gegenstand bewegt oder angehoben wird
Schiefe Ebene
- Eine flache Oberfläche, mit der ein
Gegenstand mit geringerem Kraftaufwand und über eine
größere Strecke von einer Ebene in eine andere Ebene bewegt
wird
Hebel
- Eine Stange, Strebe oder eine andere Oberfläche,
die auf einem Hebelpunkt aufliegt, um Gegenstände mit
geringerem Kraftaufwand anzuheben.
Last
- ein Gegenstand, der bewegt wird
Einfache Maschine
- Eine Maschine, die aus sehr wenigen
oder gar keinen beweglichen Teilen besteht, und das Bewegen
eines Gegenstands erleichtert.
Flaschenzug
- ein Band oder Seil, das sich über ein Rad
oder mehrere Räder bewegt, die die Richtung der einer
angewandten Kraft ändert und so das Bewegen eines
Gegenstands erleichtert.
Keil
- besteht aus mindestens einem, meistens jedoch zwei
schiefen Ebenen, die gemeinsam einen scharfen Punkt bilden,
um einen Gegenstand zu spalten oder zu trennen
Wellrad
- ein Rad mit einer Stange, die als Achse bezeichnet
wird, in dessen Mittelpunkt sich das Rad dreht, um
Gegenstände zu bewegen.
Arbeit
- Umfang der ausgeübten Kraft, multipliziert mit der
Entfernung, die ein Gegenstand zurücklegt
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