Hefboom: koppels in evenwicht

1 · Voorspel

Een hefboom is vastgezet in zijn exacte middelpunt, met een neerwaartse duw aan elk uiteinde, op dezelfde afstand van het draaipunt. Als de ene kant harder duwt dan de andere, kantelt de hefboom dan naar de sterkere duw, naar de zwakkere duw, of blijft hij hoe dan ook in evenwicht?

2 · Opstelling

  1. Open de voorinstelling Hefboom. Een stijve balk is in het midden vastgezet; aan elk uiteinde werkt een neerwaartse kracht van 50 N op 2 m van het draaipunt.
  2. Klik op de linkerkrachtpijl op de balk en noteer zijn sterkte in het eigenschappenpaneel, klik daarna op de rechterkrachtpijl en doe hetzelfde.
  3. Stel voor elke rij hieronder de sterkte van de linker- en rechterkracht in het eigenschappenpaneel overeenkomstig in, draai de simulatie, selecteer de balk en lees de koppelwaarde τ = r × F af in het wiskundepaneel.

3 · Verzamel gegevens

Linkerkracht (N)Rechterkracht (N)Nettokoppel (uit simulatie) (N·m)τ = r × F (berekend) (N·m)
50.0050.00
50.0080.00
70.0040.00

Zet het krachtverschil (Rechterkracht − Linkerkracht) op de x-as uit tegen het nettokoppel dat je mat op de y-as. Wat stelt de richtingscoëfficiënt voor en waar snijdt de lijn de nul?

4 · Analyseer

  1. Reken voor elke rij handmatig 2 m × (Rechterkracht − Linkerkracht) uit. Vergelijk met het nettokoppel dat je afleest in het wiskundepaneel van de simulatie. Kloppen ze?
  2. In rij 1 zijn de twee krachten gelijk en blijft de hefboom horizontaal. Wat zegt dat over hoe krachten en armlengtes zich moeten verhouden wil een willekeurige hefboom in evenwicht zijn?

5 · Verdiep

  1. Echte hefbomen — zoals een wip met twee kinderen van verschillend gewicht — hebben vaak ongelijke armlengtes nodig, niet ongelijke krachten, om in evenwicht te zijn. Als de kracht aan de rechterkant 50 N bleef maar zijn afstand tot het draaipunt verdubbelde naar 4 m, welke kracht is er dan op de linkerarm (nog op 2 m) nodig om die in evenwicht te brengen?
  2. Een steeksleutel, een flesopener en een schaar zijn allemaal hefbomen. Kies er één en bepaal zijn draaipunt, zijn aangelegde kracht en de last die hij beweegt — leg daarna uit waarom een langere steel hem makkelijker in gebruik maakt.

De natuurkunde achter dit experiment

Koppel

Koppel is het draaiende effect van een kracht om een draaipunt: τ = r × F, waarbij r de afstand is van het draaipunt tot waar de kracht aangrijpt. Een hefboom is in evenwicht als de koppels van beide kanten elkaar opheffen — gelijke krachten op gelijke afstanden, of ongelijke krachten op omgekeerd evenredige afstanden.

← Terug naar experiment

Mechanica

138 gratis printbare labwerkbladen voor natuurkunde