Auch in:Kräftegleichgewicht

Wippe: Gleiche die Drehmomente aus

Ein Lernspiel als Simulation. Sag voraus, wo ein Kind sitzen oder wie schwer es sein muss, damit die Wippe im Gleichgewicht ist, lass dann los und sieh, ob sie waagerecht bleibt oder kippt.

DrehmomentDrehgleichgewicht

SPIELPLATZ

Wo sitzen

Bereit
Aktiviere JavaScript, um die Wippe auszubalancieren. Anleitung und Rechenbeispiel bleiben lesbar.
Gewichte m·gHubkraft FStützkraft des DrehpunktsDrehmomentbalken
Drehmomente um den DrehpunktΣM = 0

Zeit

0.00 s

t

Neigung

0.0 °

θ

Drehmoment gegen den Uhrzeigersinn

— N·m

Σ m·g·d

Drehmoment im Uhrzeigersinn

— N·m

Σ m·g·d

Resultierendes Drehmoment

— N·m

ΣM

Sag voraus, bevor du loslässt

Gib deine Antwort ein, um die Wippe vorzubereiten. Loslassen bleibt aus, bis eine Antwort da ist.

Sag das Gleichgewicht voraus, bevor du loslässt.

Missionspunkte—

Eine richtige Antwort, 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 Wippe

  1. Wähle eine Wippe und lies auf der Karte die Massen und ihre vorzeichenbehafteten Abstände zum Drehpunkt ab.
  2. Berechne jedes Drehmoment, Gewicht × Abstand, und addiere sie auf jeder Seite.
  3. Gib den Abstand, die Masse oder die Kraft ein, die beide Seiten gleich macht, und drück Loslassen.
  4. Beobachte die Drehmomentbalken: Sind sie gleich, bleibt das Brett waagerecht; sonst kippt es zum größeren Drehmoment.

Was hält eine Wippe waagerecht?

Eine Kraft kann einen Körper um einen Drehpunkt drehen. Ihre Drehwirkung, das Drehmoment, ist die Kraft mal ihrem senkrechten Abstand zum Drehpunkt: M = F·d. Ein Gewicht m·g im Abstand d liefert M = m·g·d. Ein ruhender Körper beginnt sich nicht zu drehen, wenn sich die Drehmomente aufheben: ΣM = 0, also sind die Drehmomente gegen den Uhrzeigersinn gleich denen im Uhrzeigersinn. Darum kann ein leichtes Kind weit außen ein schweres nah innen ausgleichen, darum zählt das Gewicht des Bretts, wenn der Drehpunkt nicht in seiner Mitte liegt, und darum heben Hebel wie eine Schubkarre mit kleiner Kraft eine große Last.

Ein fokussiertes Lernmodell

Das Brett ist starr, und die Kinder sind punktförmige Gewichte in festen Abständen. Die Reibung im Drehpunkt hält das Brett waagerecht, solange das resultierende Drehmoment höchstens 2 % des Drehmoments der stärkeren Seite beträgt. Sonst dreht sich das Brett aus der Ruhe, θ = ½·(ΣM ÷ I)·t², bis sein unteres Ende den Boden berührt, exakt berechnet. Drehmomente gegen den Uhrzeigersinn zählen positiv. Läuft in Echtzeit.

Beim Sprachwechsel bleiben Wippe, Antwort, Versuche und Durchgang erhalten.