Hebel und Hebelgesetz

Einen Hebel findest du im Alltag in vielen Bereichen. Werkzeuge sind aus physikalischer Sicht oft einfache Hebel, beispielsweise Schraubenschlüssel, Kneifzangen, Astscheren und Flaschenöffner. Diese Werkzeuge ermöglichen es, Arbeiten, für die man ohne Werkzeug viel Kraft benötigten würde, mit wenig Kraft auszuführen. Die Länge des Hebelarms, an dem ich meine Körperkraft ansetze, ist entscheidend dafür, wieviel meine Körperkraft verstärkt wird.

Der zweiseitige Hebel

Eine Wippe ist physikalisch gesehen ein zweiseitiger Hebel. In der Mitte dieses Hebels befindet sich der Drehpunkt. Die beiden Seiten des Hebels werden als Lastarm (l1) und Kraftarm (l2) bezeichnet. Auf dem Bild rechts kannst du erkennen, dass die Schwerkraft (F1 und F2) die Tiere nach unten zieht.

Da der Löwe links weniger wiegt, als der Tiger rechts, und da der Kraftarm genau so lang ist wie der Lastarm, bewegt sich der Tiger nach unten. Das Nilpferd im Drehpunkt beeinflusst den Hebel nicht.

Der einseitige Hebel

Wenn sich beide Hebelarme auf derselben Seite vom Drehpunkt befinden, spricht man von einem einseitigen Hebel. In diesem Fall unterteilt man den Hebelarm in den kurzen Hebelarm und den langen Hebelarm.

Im Bild links siehst du als Beispiel einen Nussknacker. Die Körperkraft, die am Griff angreift, wird durch den langen Hebelarm verstärkt und wirkt durch den kurzen Hebelarm auf die Nuss.

Das Hebelgesetz

Damit ein Hebel im Gleichgewicht ist, muss das Produkt aus Kraft und Kraftarm gleich dem Produkt aus Last und Lastarm sein. Diese Produkte nennt man Drehmoment (Formelzeichen M, Einheit „Newtonmeter“ Nm). Ein Hebel ist also im Gleichgewicht, wenn das Drehmoment am Lastarm und das Drehmoment am Kraftarm gleich groß sind. Andernfalls ist der Hebel nicht im Gleichgewicht!

Ein Beispiel: Wenn das Mädchen auf der Wippe 40 kg wiegt und der Junge 60 kg, dann wäre eine Möglichkeit, die Wippe ins Gleichgewicht zu bringen, wenn der Junge 2 Meter vom Drehpunkt entfernt sitzt und das Mädchen 3 Metern. Denn: In diesem Fall wirkt auf das Mädchen und den Jungen jeweils ein Drehmoment von 1200 Nm.