Lesbrief 1 Hefbomen Theorie even denken Intro Overal om ons heen zijn hefbomen. Meer dan je beseft. Met een hefboom kan je eenvoudig krachten vermenigvuldigen. Hefbomen worden gebruikt om iets in beweging te zetten. Om iets op te tillen bijvoorbeeld. Ook om druk uit te oefenen. Denken we maar aan een notenkraker of een schaar. Een hefboom is een stang of staaf die om een steunpunt draait. Daarbij speelt de afstand tot aan het steunpunt een belangrijke rol. Een spel van kracht, beweging en afstand dus. De Griekse wis- en natuurkundige Archimedes (203 vc), die berekende hoe hij met een hefboom de aarde zou kunnen optillen, formuleerde dit principe voor het eerst. Van hem is de nogal overmoedige uitspraak: Geef me een hefboom die lang genoeg is en een steunpunt en ik zal de wereld verplaatsen Hefboom heeft ook een figuurlijke betekenis. Bijvoorbeeld: de hefbomen voor een groene economie (betekenis: om de groene economie te stimuleren). 3 soorten hefbomen Er zijn 3 soorten hefbomen. Alles hangt af van de positie van het steunpunt, de last en de inspanning ten opzichte van elkaar. De inspanning is de kracht die je op de hefboom uitoefent. Het steunpunt is het punt waaromheen de hefboom draait. De last is het gewicht dat aan de andere kant van de hefboom wordt verplaatst. Het punt waarop de inspanning wordt uitgeoefend, is even belangrijk als de inspanning zelf. Ø zie formule pag. 5 1
Hefbomen theorie even denken Primaire hefbomen Bij een primaire hefboom zit het steunpunt tussen de inspanning en de last. Voorbeelden Balans Een weegschaal in evenwicht is een mooi voorbeeld van een primaire hefboom. De inspanning en de last bevinden zich even ver van het steunpunt. De last en de inspanning zijn bovendien even groot, waardoor ze de hefboom in evenwicht houden. Vandaar balans. Schaar Een schaar bestaat uit twee primaire hefbomen, die met de scherpe zijden dicht bij het steunpunt (of draaipunt) grote druk uitoefenen. De last is de weerstand van het papier. Het scharnier fungeert als steunpunt. Nog: steekwagentje, tang, wip, koevoet, rem van een fiets inspanning steunpunt last 2
Hefbomen theorie even denken Secundaire hefbomen Bij een secundaire hefboom zit de last tussen het steunpunt en de inspanning. Bij dit type hefboom bevindt de last zich altijd dichter bij het steunpunt dan de inspanning. Hoe kleiner de afstand tussen de last en het steunpunt, hoe makkelijker de last omhoog kan worden getild. Voorbeelden Kruiwagen Het optillen van de handvatten kost niet veel inspanning, maar brengt een zware last vlakbij het wiel omhoog. Met het wiel als steunpunt kan de (zware) last worden opgetild. Nog: flesopener, notenkraker inspanning steunpunt last 3
Hefbomen theorie even denken Tertiaire hefbomen Bij een tertaire hefboom zit de inspanning tussen het steunpunt en de last. Daardoor zal de last minder kracht hebben dan de inspanning, maar wel een grotere afstand afleggen. Een tertiaire hefboom vergroot dus de snelheid, maar vermindert de kracht. Voorbeelden Hamer De pols is het steunpunt en de weerstand van het hout is de last. De kop van de hamer beweegt zich veel sneller dan de hand die de steel vasthoudt. Nog: hengel, pincet, onderkaak inspanning steunpunt last 4
Hefbomen theorie even denken Formule Hoe dichter het steunpunt bij de last, hoe minder inspanning je moet leveren om de last op te tillen. Je kan zelfs een zwaar geladen vrachtwagen met een hefboom optillen, maar dan heb je wel een héél lange stang nodig. Om een hefboom in evenwicht te brengen, moet het product van de inspanning en de afstand van die inspanning tot het steunpunt gelijk zijn aan het product van de last en de afstand van die last tot het steunpunt. A B x A = x B inspanning steunpunt last 5
Hefbomen praktijk vooral zelf doen Praktijk vooral zelf doen Zeg nu zelf Wat doe je met een hefboom? Hoeveel soorten hefbomen zijn er? Beschrijf in je eigen woorden: inspanning, steunpunt, last. Welke soort hefboom is een schaar en waarom? Hoe kan je een zwaar geladen vrachtwagen optillen? 6
Hefbomen praktijk vooral zelf doen Teken zelf Teken een persoon die een noot kraakt met een notenkraker. Duid inspanning, last en steunpunt aan. 7
Hefbomen praktijk vooral zelf doen Zelf in actie Maak zelf een hefboom Dit heb je nodig: 2 emmers 2 stukken stevig touw (20 cm elk) een bezemsteel (1m30) 8 kilo zand weegschaal een stoel met vlakke leuning een zandschep Aan de slag Neem de bezemsteel en meet 5 cm van de beide uiteinden. Op die plaatsen maak je een stuk touw aan de bezemsteel vast. Zet een emmer op de weegschaal en vul de emmer met zand tot die precies 5 kg weegt. Aan het ene stukje touw knoop je de volle emmer, aan het andere stukje de lege. Leg de bezemsteel op de stoelleuning en zorg ervoor dat de afstand tussen de volle emmer en de leuning 40 cm is. Hou de andere kant van de hefboom met je ene hand stevig vast, terwijl je met je andere hand de lege emmer met scheppen zand vult. Blijf vullen tot de hefboom in evenwicht is. Knoop de pas gevulde emmer dan los en zet hem op de weegschaal. (bron: www.garagasten.be) 8
Hefbomen praktijk vooral zelf doen Experimenteer zelf Het nut van een hefboom Ga naar een deur. Doe de klink naar beneden, duw de deur van je weg en laat ze op een kier staan. Laat de klink los. Zet je wijsvinger tegen de deur, zo ver mogelijk van de klink. Zoek best een plaatsje vlakbij de scharnieren. Probeer nu de deur verder open te duwen. Het lukt, maar er is heel wat kracht voor nodig. De deur lijkt wel tien keer zwaarder! De verklaring is simpel: je hebt de hefboom kleiner gemaakt (slechts een paar centimeter lang) en dus is de inspanning groter om de deur te openen. Neem je de klink terug in je hand, dan is de hefboom opnieuw langer en de inspanning minder groot. En daarom staat de klink daar en nergens anders. (zie ook www.garagasten.be) Online Meer proeven en zelf doen? Klik eens op de website van Technopolis: http://www.technopolis.be/nl/?n=4&e=48&s=284&exp=76. Daar vind je tal van online experimentjes die je zelf kan uitvoeren. Doen! Bibliografie Over de werking van de kurkentrekker en andere machines, David Macaulay, 2000 (8ste herziene druk) 9