Hefbomen - Start Your future

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.
Voor bee l d e n
■■
■■
■■
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.
Voor bee l d e n
■■
■■
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.
Voor bee l d e n
■■
■■
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
xA=
B
xB
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 z e l f e e n h e f b o o m
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
A a n d e s l ag
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
He t n u t va n e e n h e f b o o m
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
Me e r p r o e ve n e n z e l f do e n ?
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!
B i b l i o g r a f ie
Over de werking van de kurkentrekker en andere machines, David Macaulay, 2000 (8ste herziene druk)
9