Mechanik
Gleicher Hebel
Zwei gleiche Kräfte drücken an beiden Enden nach unten. Gleiche Hebelarme + gleiche Kräfte → Drehmomente heben sich auf (τ = r × F) → der Hebel bleibt waagerecht. Ändere eine Kraft im Inspektor.
Gleicher Hebel — interaktive Mechanik-Simulation. Zwei gleiche Kräfte drücken an beiden Enden nach unten. Gleiche Hebelarme + gleiche Kräfte → Drehmomente heben sich auf (τ = r × F) → der Hebel bleibt waagerecht. Ändere eine Kraft im Inspektor. Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Drehmoment und Hebel
Ein Hebel dreht sich, wenn das Nettodrehmoment ungleich null ist. Kräfte weiter vom Drehpunkt entfernt erzeugen größere Drehmomente bei gleicher Stärke.
Das Drehmoment τ = r × F hängt sowohl von der Kraft als auch vom Hebelarm ab. Gleiche Kräfte in gleichem Abstand auf gegenüberliegenden Seiten können sich ausgleichen; eine Änderung von Abstand oder Kraft kippt den Hebel.
- τ = rF sin θ
- Στ = 0 im Gleichgewicht
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Fahrfrage
Ein Hebel ist genau in seiner Mitte befestigt, wobei an beiden Enden im gleichen Abstand vom Drehpunkt ein Druck nach unten ausgeübt wird. Wenn eine Seite stärker drückt als die andere, kippt der Hebel dann in Richtung des stärkeren Drucks, in Richtung des schwächeren Drucks oder bleibt er in jedem Fall im Gleichgewicht?
Vorhersagen zum Abwägen
- Es kippt in Richtung des stärkeren Stoßes
- Es bleibt im Gleichgewicht, unabhängig von den Kräften
- Es kippt in Richtung des schwächeren Stoßes
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Linke Kraft (N)
- Richtige Kraft (N)
Was Sie messen:
- Nettodrehmoment (aus der Simulation) (N·m)
- τ = r × F (berechnet) (N·m)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie die Hebelvoreinstellung. In seiner Mitte ist ein starrer Balken befestigt; Vom Drehpunkt an jedem Ende wird eine nach unten gerichtete Kraft 50 N ausgeübt 2 m.
- Klicken Sie auf den linken Kraftpfeil auf dem Balken und notieren Sie seine Stärke im Inspektor. Klicken Sie dann auf den rechten Kraftpfeil und machen Sie dasselbe.
- Stellen Sie für jede Zeile unten die linke und rechte Kraftstärke im Inspektor so ein, dass sie übereinstimmen, führen Sie die Simulation aus, wählen Sie den Balken aus und lesen Sie den Drehmomentwert τ = r × F aus dem Mathematikfenster ab.
Maßgebende Gleichung
Drehmoment — τ = r × F
Drehmoment ist die Drehwirkung einer Kraft um einen Drehpunkt: τ = r × F, wobei r der Abstand vom Drehpunkt zum Ort ist, an dem die Kraft wirkt. Ein Hebel balanciert aus, wenn sich die Drehmomente von beiden Seiten aufheben – gleiche Kräfte bei gleichen Abständen oder ungleiche Kräfte bei umgekehrt proportionalen Abständen.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie für jede Zeile manuell 2 m × (Rechte Kraft − Linke Kraft). Vergleichen Sie es mit dem Nettodrehmoment, das Sie im Mathematikfenster der Simulation abgelesen haben. Passen sie zusammen?
- In der Reihe 1 sind die beiden Kräfte gleich und der Hebel bleibt waagerecht. Was sagt Ihnen das darüber, wie sich Kräfte und Armlängen verhalten müssen, damit ein Hebel im Gleichgewicht ist?
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Echte Hebel – wie eine Wippe mit zwei unterschiedlich schweren Fahrern – benötigen zum Ausbalancieren oft ungleiche Armlängen und nicht ungleiche Kräfte. Wenn die Kraft der rechten Seite bei 50 N bliebe, sich aber ihr Abstand vom Drehpunkt auf 4 m verdoppelte, welche Kraft auf den linken Arm (immer noch bei 2 m) wäre nötig, um sie auszugleichen?
- Ein Schraubenschlüssel, ein Flaschenöffner und eine Schere sind Hebel. Wählen Sie eines aus und identifizieren Sie seinen Drehpunkt, die ausgeübte Kraft und die Last, die es bewegt. Erklären Sie dann, warum ein längerer Griff die Verwendung erleichtert.
- AP Physics 1 — Unit 5: Torque and Rotational Dynamics
- AP Physics C: Mechanics — Unit 5: Torque and Rotational Dynamics
- IB Physics — A.4 Rigid body mechanics
- General High School Physics — Rotation, gravitation & orbits
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Willkommen beim Hebel
- Hebel auswählen
- Abspielen drücken
- Drehmomente im Gleichgewicht
- Daten öffnen
- Geschafft!
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.