Hebel

Einseitige und zweiseitige Hebel

Je nach der Lage der Kraftarme bezüglich der Drehachse unterscheidet man zwischen einseitigen und zweiseitigen Hebeln.

einseitige Hebel (Bild 2): Die beiden Kräfte greifen, von der Drehachse aus gesehen, auf einer Seite an. Beispiele für solche einseitigen Hebel sind ein Flaschenöffner, eine Pinzette oder ein Schraubenschlüssel.

Das Hebelgesetz kann auch mit der Größe Drehmoment formuliert werden. Da die Drehmomente eine Drehung in unterschiedlicher Richtung bewirken, spricht man in der Physik vonb links drehenden und von rechts drehenden Drehmomenten. Das Hebelgesetz lautet dann:

Ein Hebel ist im Gleichgewicht, wenn die Summe der links drehenden Drehmomente gleich der Summe der rechts drehenden Drehmomente ist.

$\begin{array}{l}{M}_l=M_r\\ F_1\cdot r_1=F_2\cdot r_2\end{array}$

Beim Drehmoment ist zu beachten, dass es allgemein als Kreuzprodukt aus Kraftarm und Kraft definiert ist, also gilt:

$\begin{array}{l}\overrightarrow{M}=\overrightarrow{r}\times \overrightarrow{F}\\ \text{Damit gilt unter der Bedingung}\overrightarrow{r}\perp \overrightarrow{F}\\ M=r\cdot F\\ \text{und bei einem beliebigen Winkel}\alpha \\ M=r\cdot F\cdot \sin \alpha .\end{array}$

Mechanische Arbeit an Hebeln

Für Hebel gilt wie für alle kraftumformende Einrichtungen die Goldene Regel der Mechanik : Was man an Kraft spart, muss man an Weg zusetzen. Wird die Reibung vernachlässigt, dann gilt: Die mechanischen Arbeiten am Hebel sind gleich groß:

$\begin{array}{l}{F}_1\cdot s_1=F_2\cdot s_2\\ F_1,F_2\text{wirkende Kräfte}\\ s_1,s_2\text{zurückgelegte Wege}\end{array}$

In der Praxis wirkt aber ständig Reibung. Deshalb ist die tatsächlich aufzuwendende Arbeit stets größer als die nutzbare Arbeit.

Auch jedes Gebiss ist ein Hebel (Bild 6). Die Bewegung der Hebelarme erfolgt durch Muskelkräfte. Der Betrag der nutzbaren Kraft beim Zubeißen hängt von der Muskelkraft und von der Länge der Kraftarme ab.