Kraft gegen Weg: was ein Hebel tauscht

Ein Lernspiel als Simulation. Sag voraus, wie weit, wie schnell oder mit wie viel Arbeit sich jedes Ende eines Hebels bewegt, dann beweg den Hebel und beobachte beide Enden.

HebelArbeit

HEBELBANK

Brecheisen-Hub

Bereit
Aktiviere JavaScript, um die Hebel zu bewegen. Anleitung und Rechenbeispiel bleiben lesbar.
KraftpunktLastpunktDeine VorhersageDrehpunkt
Wege am Hebels_l ÷ s_e = d_l ÷ d_e

Zeit

0.00 s

t

Weg der Kraft

— m

s_e

Weg der Last

— m

s_l

Last ÷ Kraft

— ×

s_l ÷ s_e

Abgegebene Arbeit

— J

W·s_l

Sag voraus, bevor du den Hebel bewegst

Gib deine Vorhersage ein, um den Hebel einzurichten. Bewegen bleibt aus, bis es eine Antwort gibt.

Sag den Tausch voraus, bevor du den Hebel bewegst.

Missionspunkte—

Eine Vorhersage auf 2 % genau bringt 100 Punkte. Richtig im ersten Durchgang bringt 50 extra. Ein Durchgang zählt, sobald er beginnt.

✓ Richtige Antwort① Auf Anhieb

So spielst du Kraft gegen Weg

  1. Wähle einen Hebel und lies auf der Karte beide Arme, die Last und wie weit sich ein Ende bewegt.
  2. Beide Enden drehen sich um denselben Winkel, also bewegt sich jedes im Verhältnis zu seinem Arm: s_l ÷ s_e = d_l ÷ d_e.
  3. Für die Arbeit multiplizierst du jede Kraft mit ihrem Weg: Die zugeführte Arbeit F·s_e ist gleich der abgegebenen W·s_l. Gib deine Vorhersage ein und tippe auf Bewegen.
  4. Beobachte die orange Markierung oder Linie: Sie zeigt deine Vorhersage neben dem, was wirklich passiert.

Was tauscht ein Hebel?

Ein Hebel dreht sich um seinen Drehpunkt, also überstreichen beide Enden denselben Winkel. Das Ende weiter vom Drehpunkt bewegt sich weiter und schneller, im Verhältnis zu seinem Abstand: s_l ÷ s_e = d_l ÷ d_e. Das ist der Preis der Kraftübersetzung. Ein Brecheisen, mit dem du ein Fünftel der Kraft brauchst, lässt dich fünfmal so weit drücken. Bei einem langsamen, reibungsfreien Hebel geht keine Energie verloren, also ist die zugeführte Arbeit F·s_e gleich der abgegebenen W·s_l: Was man an Kraft spart, muss man an Weg zusetzen, die goldene Regel der Mechanik. Ein Hebel 3. Art, wie dein Unterarm oder eine Angelrute, tauscht umgekehrt: Du drückst stärker als die Last, und dafür bewegt sich die Last weiter und schneller. Deshalb setzen Muskeln nah an Gelenken an, und deshalb reichen Schläger, Rackets und Ruten so weit.

Ein fokussiertes Lernmodell

Der Hebel ist leicht und starr und dreht sich um einen festen Drehpunkt. Ein Punkt, Last oder Kraft, wird 2 s lang gleichmäßig bewegt; jeder Punkt legt dabei d·sin θ senkrecht zur Anfangslage des Hebels zurück, also gilt s_l ÷ s_e = d_l ÷ d_e in jedem Moment, und die Geschwindigkeiten haben dasselbe Verhältnis. Der Hebel bewegt sich langsam und ohne Reibung, also ist die zugeführte Arbeit gleich der abgegebenen. Eine Vorhersage ist auf 2 % genau richtig. Läuft in Echtzeit.

Beim Sprachwechsel bleiben Hebel, Vorhersage, Versuche und Durchgang erhalten.