Ongelijke hefboom: mechanisch voordeel

1 · Voorspel

Het draaipunt van deze hefboom zit in het midden, net als bij de klassieke hefboom — maar de rechterkracht grijpt maar 1 m van het draaipunt aan, terwijl de linkerkracht 2 m verder zit. Als een duw van 50 N op 2 m afstand in evenwicht wordt gebracht door een duw op 1 m afstand, is die kracht dan groter, gelijk of kleiner dan 50 N?

• Hij is groter dan 50 N
• Hij is gelijk — 50 N
• Hij is kleiner dan 50 N

2 · Opstelling

1. Open de voorinstelling Ongelijke hefboom. Een stijve balk is in zijn exacte middelpunt vastgezet, zoals bij de klassieke hefboom — maar de twee neerwaartse krachten grijpen op verschillende afstanden aan: 2 m links, 1 m rechts. Een neerwaartse kracht van 50 N duwt op de 2 m-markering.
2. Klik op de linkerkrachtpijl op de balk en noteer zijn sterkte in het eigenschappenpaneel, klik daarna op de rechterkrachtpijl en doe hetzelfde. Merk op dat de twee armen verschillende lengtes hebben.
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

Zet het krachtverschil (Rechterkracht − Linkerkracht) op de x-as uit tegen het nettokoppel dat je mat op de y-as — bedenk dat de armen ongelijk zijn, dus het koppel is 1 m × Rechterkracht − 2 m × Linkerkracht. Wat stelt de richtingscoëfficiënt voor en waar snijdt de lijn de nul?

4 · Analyseer

1. Reken voor elke rij handmatig 1 m × Rechterkracht − 2 m × Linkerkracht uit. Vergelijk met het nettokoppel dat je afleest in het wiskundepaneel van de simulatie. Kloppen ze?
2. In rij 1 brengt de duw van 50 N op de 2 m-arm de duw van 100 N op de 1 m-arm in evenwicht — verschillende krachten, gelijke koppels. Wat moet er gelden voor een kracht en zijn afstand tot het draaipunt wil een hefboom in evenwicht zijn?

5 · Verdiep

1. Een kruiwagen is ook een hefboom: je armen tillen de handvatten ongeveer 2 m van het wiel (het draaipunt) omhoog, terwijl de lading vlak bij het wiel zit. Als de lading 200 N weegt en 0,5 m van het wiel zit, welke opwaartse kracht moet je dan op de handvatten uitoefenen om evenwicht te krijgen? Wat heb je nodig als de lading helemaal aan het uiteinde van de bak zit?
2. Een klauwhamer die een spijker trekt, een breekijzer en een notenkraker zijn allemaal hefbomen met ongelijke armen. Kies er één en bepaal zijn draaipunt, zijn aangelegde kracht en de last die hij beweegt — leg daarna uit waarom de korte arm aan de kant van de last zit.

De natuurkunde achter dit experiment

← Terug naar experiment

138 gratis printbare labwerkbladen voor natuurkunde