Der Hebel

Ein Hebel ist eine starre Stange, die sich um einen festen Punkt (den Drehpunkt) dreht. Je nach Anordnung von Drehpunkt, Last und Kraft können Hebel die benötigte Kraft verringern, die Strecke vergrößern oder beides — sie sind einfache Maschinen.

Wie funktioniert ein Hebel?

Ein Hebel besteht aus:

Drehpunkt (Hypomochlion): der feste Drehpunkt
Last: das zu bewegende Gewicht
Kraft (Einwirkende Kraft): die aufgebrachte Kraft

Hebel der 1. Klasse: Drehpunkt in der Mitte

Das Kräftegleichgewicht bei Hebeln

$F_1 \times d_1 = F_2 \times d_2$

Hebelgesetz

F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2

F₁ und F₂ sind Kräfte (N), d₁ und d₂ sind Abstände vom Drehpunkt (m).

Tipp

In der Physik wird das Produkt aus Kraft und Abstand als Drehmoment (M = F·d) bezeichnet.

Klassen von Hebeln

Klasse	Anordnung	Beispiel
1. Klasse	Drehpunkt zwischen Kraft und Last	Wippe, Schere
2. Klasse	Last zwischen Kraft und Drehpunkt	Schubkarre, Nussknacker
3. Klasse	Kraft zwischen Drehpunkt und Last	Pinzette, Angelrute

Eine Last von 60 N hängt 0,5 m vom Drehpunkt. Wie groß muss die Kraft auf der anderen Seite in 1,5 m Abstand sein?

$F \times 1{,}5 = 60 \times 0{,}5$ $F = \frac{30}{1{,}5} = 20 \text{ N}$

Praxisbezug: Schere beim Schneiden

Eine Schere ist ein Hebel der 1. Klasse: Der Gelenkstift ist der Drehpunkt, die Hand übt die Kraft an den Griffen aus und das Material ist die Last. Hartes Material nah am Drehpunkt zu platzieren erhöht die mechanische Übersetzung — das Schneiden wird deutlich leichter.

Praxisbezug: Brecheisen auf der Baustelle

Ein Brecheisen wird benutzt, um Nägel herauszuziehen. Die Kante des Brecheisens liegt auf der Oberfläche als Drehpunkt. Dank des langen Kraftarms genügt eine kleine Kraft, um einen fest sitzenden Nagel herauszureißen.

Praxisbezug: Schubkarre im Garten

Eine Schubkarre ist ein Hebel der 2. Klasse: Das Rad ist der Drehpunkt, die Last (Erde, Steine) liegt in der Wanne (Mitte) und die Kraft wird an den Griffen aufgebracht. So kann man 200 N schwere Erde mit deutlich weniger Kraft transportieren.

Tipp Wo begegnest du Hebeln im Alltag? Nussknacker, Flaschenöffner, Besen und Angelruten sind alles Hebel!

Übungsaufgaben

Bei einer Wippe sitzt ein Kind (300 N) 2 m vom Drehpunkt entfernt. Wie weit muss ein Kind mit 400 N sitzen, damit die Wippe im Gleichgewicht ist?

Antwort anzeigen

F₁d₁ = F₂d₂ → 300 × 2 = 400 × d₂ → d₂ = 600/400 = 1,5 m.

Welche Klasse von Hebel ist ein Nussknacker? Erkläre.

Antwort anzeigen

2. Klasse: Der Drehpunkt befindet sich an einem Ende, die Nuss (Last) ist in der Mitte und die Kraft wird am anderen Ende aufgebracht.