Einfache Maschinen bieten mechanische Vorteile. Einfacher ausgedrückt erleichtern einfache Maschinen die Arbeit, indem sie den Arbeitsaufwand mit einem bestimmten Aufwand erhöhen oder den Aufwand verringern, der für die gleiche Arbeit erforderlich ist. Arbeit ist per Definition gleich Kraft mal Weg. Die einfache Maschine, die als Hebel bekannt ist, gibt es in drei Variationen, von denen jede Arbeit verrichtet, indem sie die Wirksamkeit einer aufgebrachten Kraft erhöht.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Beispiele für Hebel im Alltag sind Wippen, Schubkarren, Scheren, Zangen, Flaschen Öffner, Mopps, Besen, Schaufeln, Nussknacker und Sportgeräte wie Baseballschläger, Golfschläger und Hockey Stöcke. Sogar Ihr Arm kann als Hebel fungieren.
Arbeit, Kraft und Weg
Die von Hebeln verrichtete Arbeit ändert normalerweise die Richtung der aufgebrachten Kraft, den Weg und die Bewegungsgeschwindigkeit, die durch die aufgebrachte Kraft erzeugt wird, oder die wirksame Stärke der aufgebrachten Kraft. Hebel verwenden eine Stange, um eine Anstrengung (aufgebrachte Kraft) durch einen Drehpunkt (fokussierten Punkt) auf eine Last oder einen Widerstand zu übertragen. Die relative Position dieser drei Elemente eines Hebels bestimmt, ob der Hebel a Hebel erster oder erster Ordnung, Hebel zweiter oder zweiter Ordnung oder dritter Klasse oder Hebel dritter Ordnung.
Erstklassige Hebel
Hebel erster Klasse (auch erster Ordnung genannt) haben die aufgebrachte Kraft auf einer Seite des Drehpunkts und die Last oder den Widerstand auf der anderen Seite des Drehpunkts. Das Bewegen des Drehpunkts näher an das Lastende erhöht die Wirksamkeit der Kraft vom Kraftende. Diese Arten von Hebeln sind möglicherweise die am leichtesten zu erkennenden Hebel.
Hebel zweiter Klasse
Hebel zweiter Klasse (oder zweiter Ordnung) haben die aufgebrachte Kraft an einem Ende des Hebels und den Drehpunkt an der anderen Seite des Hebels. Die Last bzw. der Widerstand liegt zwischen dem Drehpunkt und der aufgebrachten Kraft.
Hebel der dritten Klasse
Bei Hebeln dritter Klasse (oder dritter Ordnung) befindet sich die Last an einem Ende des Hebels und der Drehpunkt am anderen Ende des Hebels. Die ausgeübte Kraft tritt zwischen der Last und dem Drehpunkt auf.
Zehn Arten von Hebeln
First=Class Hebel Beispiele
Eine Wippe oder Wippe ist möglicherweise der am häufigsten anerkannte Hebel erster Ordnung. Die nach unten ausgeübte Kraft des Fahrers an einem Ende der Wippe wird über den Drehpunkt übertragen, um den Fahrer am anderen Ende anzuheben. Wenn Sie den Drehpunkt näher an einen größeren Fahrer heranrücken, erhöht sich die Wirksamkeit der Kraft eines kleineren Fahrers.
Scheren sind ein weiterer häufiger Hebel erster Ordnung. Die Griffe bringen die Kraft oder Kraft auf, die Schraube, die die beiden Seiten verbindet, bildet den Drehpunkt und die auf die Klingen übertragene Kraft ermöglicht das Schneiden der Schere.
Wie eine Schere wirken Zangen als Hebel erster Ordnung, indem sie eine Kraft auf die Griffe ausüben. Die klappbare Mitte fungiert als Drehpunkt, und die Last oder der Widerstand tritt zwischen den Zähnen der Zange auf.
Beispiele für Hebel zweiter Klasse
Schubkarren sind Beispiele für Hebel zweiter Ordnung. Als Dreh- und Angelpunkt dient das Rad. Die ausgeübte Kraft tritt an den Griffen auf. Die Last liegt natürlich zwischen Kraft und Drehpunkt.
Ein klassischer handgehaltener Nussknacker ist auch ein Hebel zweiter Ordnung. Das angelenkte Ende dient als Drehpunkt. Auf die Enden der Griffe ausgeübte Kraft bricht die dazwischen liegende Mutter (Last).
Ein handgehaltener Flaschenöffner fungiert als Hebel zweiter Ordnung. An einem Ende des Öffners wird Kraft ausgeübt, um den Widerstand des Flaschenverschlusses zu überwinden. Der Drehpunkt liegt am Ende des Öffners, der auf dem Flaschenverschluss ruht.
Beispiele für Hebel der dritten Klasse
Hebel dritter Ordnung umfassen viele Arten von Sportgeräten, einschließlich Baseballschlägern, Golfschlägern und Hockeyschlägern. Sie halten diese mit beiden Händen, aber eine hält den Gegenstand nur, während die andere mehr Kraft ausübt. Alle drei dieser Beispiele haben also den Drehpunkt an einem Ende, wo eine Ihrer Hände den Hebel hält (dh Schläger, Stock usw.). Die ausgeübte Kraft tritt in der Nähe des Drehpunkts auf, wo Ihre andere Hand Kraft ausübt, sodass die Kraft das gegenüberliegende Ende des Gegenstands bewegt und die Kraft auf den Baseball, Golfball oder Hockeypuck überträgt.
Das Heben eines Apfels verwendet einen Hebel dritter Ordnung – Ihren Arm! Der Ellenbogen dient als Drehpunkt, die ausgeübte Kraft kommt von den Muskeln und der Apfel oder die Last wird gehoben.
Eine Schaufel fungiert als Hebel dritter Ordnung. Wie beim Hockeyschläger fungiert die dem Ende am nächsten liegende Hand als Drehpunkt, die zweite Hand sorgt für Kraft und das Schaufelende hebt und bewegt die Last.
Besen und Mopps fungieren auch als Hebel dritter Ordnung. Die Oberhand dient als Drehpunkt, die Unterhand sorgt für die Kraft und das Besen- oder Moppende drückt gegen den Widerstand von Schmutz und Boden.