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Hebelgesetz


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Hier eine Vorschau,
wie wir dieses Thema behandeln und wie unsere Eselsbrücken aussehen:

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Hebelgesetz

Inhaltliche Einleitung
Und noch so ein Thema, bei dem man mit dem Satz “Die alten Griechen haben schon …” beginnen kann. Diesmal war es der griechische Mathematiker Archimedes aus Syrakus auf Sizilien, der früh erkannte, dass Hebel die Kraft verringern, die man braucht, um Massen zu bewegen. Noch wichtiger war seine Entdeckung, dass die Länge des Hebelarms proportional zur Kraftreduktion ist. Das hat ihn zu folgendem berühmten Satz verleitet:  Gib mir einen Punkt, wo ich sicher stehen kann, einen Hebel,  der lang genug ist, und ich bewege die Erde mit einer Hand. Unser ganzer Bewegungsapparat besteht eigentlich nur aus Hebeln. Die Knochen sind dabei der eigentliche Hebelarm und die Muskeln bringen die Kraft auf, um die Hebel zu bewegen und Lasten zu heben. Rotationspunkt der Hebel sind natürlich die Gelenke.

Basiswissen

  • Hebel (z.B. Knochen) verringern Kraftaufwand

    Archimedes bewegt über Knochenhebel die Welt

    Archimedes hat das Hebelgesetz entdeckt, was seine Skizzen zeigen! Er ist so von seiner Entdeckung überzeugt, dass er behauptet, die Welt bewegen zu können. Das dabei stehende Muskel-Skelett und ein römischer Soldat glauben ihm nicht und fordern ihn zu der Wette heraus, es zu beweisen. So besorgt Archimedes prompt den Knochen eines Riesen und setzt an, die Welt zu bewegen … Doch nochmal zurück auf Anfang! Was sind Hebel eigentlich? Hebel sind starre meist längliche Körper, mit deren Hilfe man Massen mit weniger Kraft halten oder bewegen kann. Dieses Verhältnis ist sogar proportional: Je länger der Hebel, desto weniger Kraft braucht es. Archimedes besorgt sich nicht umsonst für seine große Aufgabe einen Riesen-Knochen. Alle Komponenten eines Hebels werden als Hebelsystem bezeichnet. Der menschliche Bewegungsapparat benutzt Knochen als Hebel. Knochen sparen also u.a. unseren Muskeln also Kraft, um Objekte zu bewegen.

  • Last mit Gewichtskraft FG in Newton

    Erde im Knast mit Newton-Perücke

    Um Hebel zu verstehen, müssen wir die Grundlagen der Gewichtskraft verstehen, die wir hier rund um die Erde dargestellt haben. Diese glaubt übrigens auch nicht daran, dass Archimedes sie bewegen kann. Schließlich drückt sie mit einer irrsinnigen Kraft auf ihre Unterlage. Alle Massen üben durch die Schwerkraft bedingt eine gewisse Kraft auf ihre Unterlage oder auf ihre Aufhängung aus. Diese Kraft wird Gewichtskraft (Fg) genannt und in Newton angegeben, hier die Newton-Perücke. Man kann auch sagen, die Erde bzw. jede Masse übt eine Last mit der Gewichtskraft FG aus. Die Last stellen wir an der Erde im Knast dar – Knast für Last. Und um so eine Last zu bewegen, muss die Gewichtskraft des Objektes überwunden werden.

  • Masse (m) in Kilo

    Asse mit Kilo

    Die Masse mit dem Formelzeichen m wird in Kilogramm angegeben. Die Erde hat als Wetteinsatz zwei Masse-Asse mit je einem Kilo drauf gesetzt, so sicher ist sie sich, dass Archimedes Unrecht hat. Die Masse ist nur ein Teil der Gewichtskraft, der jedoch überall im Universum gleich ist. Die Masse eines Autos ist auf der Erde und auf dem Mond gleich.

  • Erdbeschleunigung g

    g-Apfel der Erde

    Die Beschleunigung g (vom Englischen gravitation) resultiert aus der Schwerkraft, welche die Masse anzieht. Eigentlich wollte die Erde ihren g-Apfel ja noch essen, doch vor Schreck ist er ihr einfach aus der Hand gefallen. Diese Schwerkraft...

  • Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s²

    Erdbeschleunigung bis zur Fahne (9), Sanduhr (8), Kerze (1)

    Auf der Erde beträgt die Beschleunigung g 9,81 m/s2. Die Beschleunigung ist im Unterschied zur Masse abhängig vom Planeten und seiner Schwerkraft. Die Beschleunigung auf der Sonne ist zum Beispiel 28 Mal höher als auf der Erde. Definiert sind natürlich auch die Parameter der Wette: Archimedes muss die Erde bis zur Fahne heben. Diese hat, günstig für uns, die Form einer 9. Dafür hat er genau eine Sanduhr (8) lang Zeit. Das Licht wird von einer Kerze (1) gespendet. Die Tischkante zeigt uns die Position des Kommas. Auf der Fahne ist unser Symbol der Erdanziehung noch einmal zu sehen: der Gravitationsapfel g.

  • ...

Expertenwissen

  • Hebelsysteme im Bewegungsapparat: Knochen & Muskeln

    Muskel-Skelett mit drei umnebelten Hebeln

    In unserem Bewegungsapparat dienen die Knochen als Hebel und werden von der Skelett-Muskulatur bewegt. Das Muskel-Skelett (Bewegungsapparat) ist sozusagen der Hebel-Spezialist schlechthin. Auch das Muskel-Skelett hat mit Archimedes die Wette abgeschlossen. Auf drei seiner Hebel solltest du dein Augenmerk richten: alle drei sind umnebelt (phon. Hebel).

  • Einseitige und zweiseitige Hebel

    Schubkarre und Schaufel vs. Wippe

    Das Muskel-Skelett hat immer ein paar Beispiele für einseitige und zweiseitige Hebel am Mann. Ist das Gelenk in der Mitte und der Lastarm und der Kraft auf auf beiden Seiten des Gelenkes gegenüberliegend, ist es ein zweiseitiger Hebel. Ein gutes Beispiel dafür ist das Kopf-Atlas-Gelenk des Skeletts, das an eine Wippe erinnert, ebenfalls ein gutes Beispiel. Sind Last- und Kraftarm auf einer Seite des Gelenkes, handelt es sich um einen einseitigen Hebel. Beispiele hierfür sind in unserem Körper Bizeps und Sprunggelenk, beim Muskel-Skelett Schaufel und Schubkarre.

  • Hebelklassen 1-3

    Hebelzeichnungen 1-3

    Hebel unterteilt man außerdem in drei Klassen. Die Anordnung des Drehpunktes, der Kraft und Last bestimmt die Hebelklasse. Genauer gesagt bestimmt das Element in der Mitte des Hebelsystems die Hebelklasse. Archimedes hat die 3 Hebelklassen aufgezeichnet: Ist der Drehpunkt in der Mitte, handelt es sich um einen Hebel der Klasse 1. Ist die Last in der Mitte, ist es ein Hebel der Klasse 2. Und Hebel der Klasse 3 haben die Kraft in der Mitte.

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