5.4 Hefbomen Met de Inferno draaiend door de lucht. Waarom zit er aan de andere kant van de as ook nog een breed stuk? A Daar kan reclame op worden gemaakt. B Nu valt de Inferno beter op. C Dat is nodig om het gewicht van het schip met de mensen in evenwicht te houden. D Daar komt op drukke dagen ook nog een schip voor de mensen. Tussen de attracties door wil je ook wel eens iets drinken. Je neemt dan bijvoorbeeld een blikje fris. Handig dat je een blikje zo gemakkelijk kunt openen. Dat komt doordat je gebruik maakt van een hefboom. Trouwens, in een pretpark maak je heel veel gebruik van een hefboom. kracht Waaraan herken je een hefboom? Het is moeilijk om alleen met je vingers een blikje frisdrank te openen. Maar bovenop het blikje zit een lipje. Je trekt het lipje omhoog. Het blikje gaat nu wel open. Voor het openen van het blikje heb je niet veel kracht nodig. Bekijk bron 1 en een echt blikje. Het lipje zit aan het blikje vast. Niet in het midden, maar bijna aan het eind. Als je het blikje fris met het lipje opent, oefen jij spierkracht uit op het lipje. Aan de andere kant van het lipje werkt dan een veel grotere kracht op het deksel. Deze grote kracht drukt het deksel in. Het lipje werkt als een hefboom. Met een hefboom kun je met een kleine kracht een grote kracht veroorzaken. Iedere hefboom heeft een draaipunt. Om het draaipunt kan de hefboom draaien. Bij veel hefbomen zit het draaipunt tussen twee punten waarop kracht wordt uitgeoefend. Een hefboom kan tegen de klok in draaien. Dat gebeurt als de kracht linksom werkt. Een hefboom die een kracht rechtsom heeft, draait met de klok mee. uitwerking draaipunt Bron 1 Je oefent een kleine kracht uit op de bovenkant van het lipje. Aan de andere kant van het draaipunt oefent het lipje een grote kracht uit op het deksel dat het blik afsluit. Bron is vervallen. 77628-5-P-04 © Noordhoff Uitgevers bv 5.4 Hefbomen Hoe werkt een hefboom? In elke speeltuin staat wel een wip. Een wip heeft in het midden een draaipunt. De wip is dus een voorbeeld van een hefboom. Om het draaipunt draait de hefboom. Aan iedere kant van het draaipunt werkt een kracht. De afstand van de kracht tot het draaipunt heet arm van de kracht. Als twee even zware kinderen even ver aan beide kanten van het midden zitten, is de wip in evenwicht. In bron 3 zie je drie even zware kinderen op een wip. Aan de kant waar de twee kinderen zitten, gaat de wip naar beneden. Daar werkt een twee keer zo grote kracht. Als de twee kinderen op het midden van de arm gaan zitten, komt de wip weer in evenwicht. De arm wordt dan de helft. Bij een hefboom is het dus belangrijk waar een kracht werkt. Als een kracht ver van het draaipunt zit, is de uitwerking van de kracht groot. De uitwerking is het resultaat van de kracht die op een hefboom werkt. Je zult minder kracht hoeven uit te oefenen om het gewenste resultaat te bereiken. Een kracht dicht bij het draaipunt heeft een kleine uitwerking. draaipunt arm kracht kracht Bron 3 Hoe twee kinderen een kind kunnen optillen en hoe je met drie kinderen weer evenwicht krijgt. Bron is vervallen. Welke soorten hefbomen zijn er? Er zijn drie soorten hefbomen. 1 Bij de wip in bron 3 zit het draaipunt tussen de kracht en de uitwerking in. Aan de ene kant van het draaipunt oefen je een kracht uit en de uitwerking is aan de andere kant van het draaipunt. Voorbeelden van deze soort hefboom zijn: wip, nijptang, schaar en steekkar. Ook in de gondel in bron 2 komt deze soort hefboom voor. 2 Bij een flessenopener in zit de uitwerking van de kracht tussen de kracht en het draaipunt in. Andere voorbeelden zijn: notenkraker, perforator en de knijpremmen op een fiets. 3 Bij een polsstok in zit de kracht die wordt uitgeoefend tussen de uitwerking en het draaipunt in. Andere voorbeelden in de sport zijn een tennisracket, golfclub, duikplank en een springplank bij turnen. Maar ook een nietmachine en een pincet horen bij deze soort hefbomen. Bron is vervallen. 77628-5-P-04 5 Pretpark © Noordhoff Uitgevers bv 2N Hoe krijg je een hefboom in evenwicht? In bron 6 zie je een model van een wip. Op 20 cm links van het draaipunt werkt een kracht van 2 N. Als je op 20 cm van het draaipunt aan de rechterkant ook 2 N neerzet, is de wip in evenwicht. De krachten links en rechts van het draaipunt zijn even groot. De afstanden van de krachten tot het draaipunt zijn ook even groot. Je laat het gewicht van 2 N links staan. Rechts vervang je het gewicht door een gewicht van 4 N. De kracht rechts is dan twee keer zo groot. De wip zal nu aan de kant van 4 N naar beneden gaan. Hoe krijg je de wip weer in evenwicht? Op de wip met de kinderen lukte dat toen de kinderen dichter bij het draaipunt gingen zitten. Dat doe je hier dus ook met het gewicht van 4 N. Als je het gewicht op 10 cm van het draaipunt zet, is de wip weer in evenwicht. Rechts is de afstand de helft van links (bron 7). Voor een kracht die twee keer zo groot is, heb je de helft van de afstand nodig. Voor een afstand die twee keer zo groot is, heb je de helft van de kracht nodig. Er heerst dus een evenwicht als het product van de kracht en de arm aan de linkerkant en het product van de kracht en de arm aan de rechterkant van het draaipunt gelijk zijn. Deze regel heet hefboomregel. De hefboomregel luidt: kracht links × arm links = kracht rechts × arm rechts 20 cm 2N 20 cm BRON 6 Twee gelijke gewichten op gelijke afstand van het draaipunt zorgen voor evenwicht. 4N 2N 20 cm 10 cm BRON 7 De kracht rechts is twee keer zo groot als de kracht links. Voor evenwicht moet de arm van de kracht rechts de helft zijn van de arm van de kracht links. 2m 1m arm 1 arm 2 kracht links kracht rechts 200 N Of in symbolen: FL • dL = FR • dR 400 N 1 cm ≡ 100 N Hierin is F de kracht en d de afstand tussen draaipunt en de kracht. L is links en R is rechts (zie bron 8). Bij de hefboom in bron 9 werkt linksom een kracht van 20 N. De arm links heeft een lengte van 0,5 m. Is de hefboom in evenwicht als je op 1 m rechts van het draaipunt een kracht van 10 N laat werken? Dit reken je uit met de hefboomregel (zie bron 10). Voor links geldt: 20 × 0,5 = 10 Nm. Voor rechts geldt: 10 × 1 = 10 Nm. Het product van de kracht en de arm is gelijk. De hefboom is in evenwicht. Als het product verschilt, gaat de hefboom draaien. De hefboom draait rechtsom als kracht rechts × arm rechts groter is dan kracht links × arm links. BRON 8 In een schematische tekening van een hefboom kun je eenvoudig aangeven waar de krachten en de arm werken. 0,5 m 20 N 1m 10 N BRON 9 Als je kracht en arm links en rechts van het draaipunt weet, kun je uitrekenen of de hefboom in evenwicht is. 77628-5-P-04 © Noordhoff Uitgevers bv 5.4 Hefbomen Hoe reken je met de hefboomregel? Voorbeeld 1 Maak eerst een schematische tekening van de situatie. Geef met een stip de plaats van het draaipunt aan. Teken de krachten die je weet op schaal erin en zet de grootte van de kracht erbij. Eventueel moet je eerst de massa omrekenen naar de zwaartekracht. Doe hetzelfde met de armen van de kracht. Bij de onbekende kracht of afstand zet je een vraagteken. 2 Schrijf de hefboomregel op. 3 Vul alle bekenden in. 4 Reken de onbekende uit. 1 Met de hefboomregel kun je natuurlijk ook uitrekenen hoeveel kracht er nodig is om evenwicht te maken. Of uitrekenen hoe groot de arm moet zijn om evenwicht te maken. BRON 10 Zo Een kind houdt zijn veel zwaardere moeder in evenwicht op de wip. Het kind weegt 18 kg en zit op 2 meter van het draaipunt. De moeder weegt 60 kg. Bereken waar de moeder moet zitten zodat de wip in evenwicht is. 180 N 2m ? 600 N 2 FL • dL = FR • dR 3 180 × 2 = 600 × dR 180 × 2 4 dR = = 0,6 m 600 doe je dat: rekenen met de hefboomregel. Is minder kracht ook minder werk? Je kunt met een autokrik een auto van de grond tillen om een lekke band te verwisselen. Je kunt met de krik werk doen wat anders onmogelijk is: een auto optillen! Om de auto een klein stukje omhoog te krijgen, moet je de stang van de krik heel vaak op en neer bewegen. Bij de krik geldt: als de kracht kleiner wordt, moet je meer afstand afleggen. Je hebt niet minder werk om de auto omhoog te tillen, maar het gaat wel veel gemakkelijker. De hoeveelheid werk die je moet verrichten kun je uitrekenen met: Bron is vervallen. hoeveelheid werk = kracht × afgelegde weg Of in symbolen: W=F•s De hoeveelheid werk blijft bij een krik gelijk. Wil je een kleine kracht uitoefenen, dan moet je een grote afstand afleggen. Om een auto van 10.000 N 0,2 meter op te tillen, is de hoeveelheid werk die je moet verrichten: 2000 Nm. Doe je dit met een spierkracht van 200 N, dan moet je een afstand afleggen van: 2000 : 200 = 10 meter. Je kracht is 50 keer zo klein. De afgelegde weg is 50 × zo groot. 77628-5-P-04 5 Pretpark © Noordhoff Uitgevers bv Hefbomen • Met een hefboom kun je met een kleine kracht een grote kracht veroorzaken. • Een hefboom heeft een draaipunt. • De afstand tussen de kracht en het draaipunt heet arm. • Bij een grote arm heb je een kleine kracht nodig. • Bij een korte arm heb je een grote kracht nodig. • Er zijn drie soorten hefbomen: – met een draaipunt in het midden – met de uitwerking in het midden – met de kracht in het midden De hefboomregel • Een hefboom is in evenwicht als geldt: krachtlinks × armlinks = krachtrechts × armrechts In symbolen: FL • dL = FR • dR De krik • Een krik verkleint je spierkracht. De afstand die afgelegd moet worden, wordt dan groter. • De hoeveelheid werk die je verricht, kun je berekenen met: hoeveelheid werk = kracht × afgelegde weg In symbolen: W = F • s 77628-5-P-04 © Noordhoff Uitgevers bv 5.4 Hefbomen
© Copyright 2024 ExpyDoc