Eenvoudige machines bieden mechanische voordelen. In eenvoudiger bewoordingen, eenvoudige machines maken het werk gemakkelijker door de hoeveelheid werk die met een bepaalde inspanning wordt gedaan te vergroten of door de hoeveelheid inspanning die nodig is om hetzelfde werk te doen te verminderen. Arbeid is per definitie gelijk aan kracht maal afstand. De eenvoudige machine die bekend staat als een hefboom is er in drie variaties, die elk werk uitvoeren door de effectiviteit van een uitgeoefende kracht te vergroten.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Voorbeelden van hefbomen in het dagelijks leven zijn onder meer wipplanken, kruiwagens, scharen, tangen, flessen openers, zwabbers, bezems, schoppen, notenkrakers en sportartikelen zoals honkbalknuppels, golfclubs en hockey stokken. Zelfs je arm kan als een hefboom fungeren.
Arbeid, Kracht en Afstand
Het werk dat door hefbomen wordt gedaan, verandert meestal de richting van de uitgeoefende kracht, de afstand en bewegingssnelheid geproduceerd door de uitgeoefende kracht of de effectieve sterkte van de uitgeoefende kracht. Hefbomen gebruiken een balk om een inspanning (uitgeoefende kracht) via een draaipunt (gefocusseerd punt) over te brengen op een last of weerstand. De relatieve posities van deze drie elementen van een hefboom bepalen of de hefboom een hefboom eerste klas of eerste orde, hefboom tweede of tweede orde of hefboom derde klasse of hefboom van de derde orde.
Eersteklas hendels
Eersteklas (ook wel eerste-orde) hefbomen hebben de uitgeoefende kracht aan de ene kant van het draaipunt en de belasting of weerstand aan de andere kant van het draaipunt. Door het draaipunt dichter bij het lasteinde te plaatsen, wordt de effectiviteit van de kracht vanaf het inspanningseinde vergroot. Dit soort hefbomen zijn misschien wel de gemakkelijkst te herkennen hefbomen.
Tweedeklas hendels
Tweedeklas (of tweede-orde) hefbomen hebben de uitgeoefende kracht aan het ene uiteinde van de hefboom en het draaipunt aan de andere kant van de hefboom. De belasting of weerstand ligt tussen het draaipunt en de uitgeoefende kracht.
Hefbomen van de derde klasse
Hefbomen van de derde klasse (of derde orde) hebben de last aan het ene uiteinde van de hendel en het draaipunt aan het andere uiteinde van de hendel. De uitgeoefende kracht treedt op tussen de belasting en het draaipunt.
Tien soorten hendels
Eerste=Klasse Hendel Voorbeelden
Een wip of wipplank is misschien wel de meest algemeen erkende hefboom van de eerste orde. De neerwaartse kracht van de berijder aan het ene uiteinde van de wip wordt over het draaipunt vertaald om de berijder aan het andere uiteinde op te tillen. Door het draaipunt dichter bij een grotere rijder te plaatsen, wordt de effectiviteit van de kracht van een kleinere rijder vergroot.
Een schaar is een andere veel voorkomende hefboom van de eerste orde. De handgrepen oefenen de kracht of inspanning uit, de schroef die de twee zijden verbindt, vormt het draaipunt en de kracht die op de messen wordt overgebracht, zorgt ervoor dat de schaar kan knippen.
Net als een schaar werken tangen als eerste-orde hefbomen door een kracht uit te oefenen op de handgrepen. Het scharnierende midden werkt als een draaipunt en de belasting of weerstand vindt plaats tussen de tanden van de tang.
Voorbeelden van tweedeklas hendels
Kruiwagens zijn voorbeelden van hefbomen van de tweede orde. Het wiel dient als draaipunt. De uitgeoefende kracht vindt plaats bij de handvatten. De belasting ligt natuurlijk tussen de kracht en het draaipunt.
Een klassieke notenkraker in de hand is ook een hefboom van de tweede orde. Het scharnierende uiteinde dient als steunpunt. Kracht uitgeoefend op de uiteinden van de handgrepen scheurt de moer (belasting) die ertussen ligt.
Een draagbare flesopener fungeert als hefboom van de tweede orde. Aan het ene uiteinde van de opener wordt kracht uitgeoefend om de weerstand van de dop van de fles te overwinnen. Het steunpunt ligt aan het uiteinde van de opener die op de dop van de fles rust.
Voorbeelden van hendels van de derde klasse
Hefbomen van de derde orde omvatten vele soorten sportuitrusting, waaronder honkbalknuppels, golfclubs en hockeysticks. Je houdt deze met beide handen vast, maar de ene houdt alleen het item vast terwijl de andere meer kracht uitoefent. Dus alle drie deze voorbeelden hebben het draaipunt aan één uiteinde, waar een van je handen de hendel vasthoudt (dat wil zeggen de knuppel, stok enzovoort). De uitgeoefende kracht vindt plaats in de buurt van het draaipunt, waar uw andere hand kracht uitoefent, zodat de kracht het andere uiteinde van het item verplaatst en de kracht overbrengt op de honkbal, golfbal of hockeypuck.
Bij het optillen van een appel wordt een hefboom van de derde orde gebruikt: je arm! De elleboog dient als steunpunt, de uitgeoefende kracht komt van de spieren en de appel of last wordt opgetild.
Een schop werkt als een hefboom van de derde orde. Net als de hockeystick fungeert de hand die zich het dichtst bij het uiteinde bevindt als het draaipunt, de tweede hand zorgt voor inspanning en het uiteinde van de schop heft en verplaatst de lading.
Bezems en zwabbers fungeren ook als hefbomen van de derde orde. De bovenste hand dient als steunpunt, de onderste hand levert de kracht en het uiteinde van de bezem of dweil duwt tegen de weerstand van het vuil en de vloer.