Hebel helfen uns dabei, mit wenig Aufwand viel Kraft zu erzeugen. Sie erleichtern den Alltag, etwa beim Schneiden, Nüsse knacken oder Transportieren. Dahinter steckt die Hebelwirkung. Ein Hebel verlängert den Weg, den eine Kraft zurücklegt und vergrößert sie dadurch.
Es gibt verschiedene Arten von Hebeln, die entweder einseitig oder zweiseitig sind. Alle haben einen starren Körper und einen Drehpunkt. Manche Hebel sind gerade, andere haben einen Winkel.
Eine Schubkarre zum Beispiel ist ein einseitiger und gerader Hebel. Sein Drehpunkt befindet sich ganz außen am Karrenrad. Die Last, die transportiert werden soll, befindet sich in der Mitte und die Kraft wird am anderen Ende des Hebels beim Heben der Schubkarre ausgeübt.
Abbildung 1 zeigt euch wie genau. Die Schubkarre erleichtert das Transportieren der Last, weil die Kraft einen längeren Weg zurücklegt, als die Last, die hoch gehoben wird. Die Griffe der Schubkarre werden etwa vier Mal höher gehoben als die Last. Dadurch wird das Gewicht der Last vier Mal leichter. Ah!
Zu den einseitigen und geraden Hebeln gehören auch Tacker oder Nussknacker. Es gibt aber auch einseitige Hebel mit einem Winkel. Bei diesen liegt der Drehpunkt ebenfalls auf einem Ende des Hebels. Die Last liegt am anderen Ende und die Kraft wird in der Mitte ausgeübt. So funktioniert zum Beispiel eine Pinzette oder eine Angel.
Schere, Zange oder Wippe hingegen gehören zu den zweiseitigen Hebeln. Dort befindet sich der Drehpunkt in der Mitte. Er teilt den Hebel in zwei Seiten. Kraft und Ladung befinden sich auf den Außenseiten. Wenn zum Beispiel eine leichte mit einer schweren Person wippen möchte, muss die schwere Person näher zum Drehpunkt sitzen und die leichte möglichst weit außen. Nur so verlängert sich der Kraftarm - das ist der Weg, den die Kraft zurücklegt. Siehe Abbildung 2.
Mathematisch lässt sich die Hebelwirkung durch diese Formel errechnen:
Kraft mal Kraftarm = Last mal Lastarm.
Bei der Wippe gilt dann Folgendes: Wenn eine Person auf der Wippe als Last doppelt soviel wiegt wie die andere, dann muss der Lastarm halb so lang sein wie der Kraftarm.
Allgemein gilt: Je schwerer eine Last, und je kleiner eine Kraft, desto größer sollte der Kraftarm im Vergleich zum Lastarm sein. Ah!
Übrigens:
Die Hebelwirkung und ihre Formel wurde bereits vor über zwei Tausend Jahren durch den Mathematiker Archimedes beschrieben.