Ein Hebel ist eine einfache Maschine, ein Gerät, das vom Menschen gebaut wurde, um mit Hilfe einer Kraft zu gewinnen, die als Motor bezeichnet wird, und eine andere Kraft, die als Widerstand bezeichnet wird.
Der Zweck der primordialen Hebel war es, die menschliche Kraft zu verstärken, um Arbeiten ausführen zu können, die durch den einfachen Einsatz der Muskelkraft nicht möglich sind.
Die Hebel folgen einem ziemlich einfachen physikalischen Prinzip:
das System ist im Gleichgewicht, wenn die Resultierende der Momente der beiden Kräfte Null ist.
In der Physik wird das Moment einer Kraft in Bezug auf ein Zentrum durch einen Modulvektor ausgedrückt, der dem Produkt der Intensität der Kraft für die Länge ihres Arms (Abstand der Wirkungslinie der Kraft vom Drehpunkt) entspricht.
M OMENTO = F ORZA xb raccio
Wenn das Ergebnis der Momente null sein muss (damit das System im Gleichgewicht ist), dann:
M FORCE IN ENTRY = M FORCE OUTPUT
F xb = F 'x b'
Oder die Beziehung in anderen Begriffen auszudrücken, können wir sagen:
F: F '= b': b
Daher muss das Verhältnis zwischen den Kräften gleich der umgekehrten Beziehung zwischen den Armen sein.
Wenn b 10 mal größer ist als b '(b = 10b'), so dass das System im Gleichgewicht bleibt, muss F 10 mal kleiner sein (F = 1 / 10F ').
Wir haben daher einen vorteilhaften Hebel geschaffen: Stellen Sie sich vor, dass die Kraft F 'durch die Gewichtskraft eines 100-kg-Felsblocks repräsentiert wird. Zum Anheben müssen Sie lediglich eine Kraft F> 10 kg (> 1/10 der Gewichtskraft) anwenden:
Definieren wir nun die vorteilhafte Hebelwirkung: Ein Hebel wird als vorteilhaft bezeichnet, wenn im Gleichgewichtszustand die Antriebskraft geringer ist als die widerstandsfähige (wie im eben beschriebenen Fall).
Ein Hebel kann jedoch auch nachteilig sein, wenn die Antriebskraft größer als die Widerstandskraft ist.
Schließlich ist ein Hebel neutral oder gleichgültig, wenn die Antriebskraft gleich der Widerstandskraft ist.
HEBEL DER ERSTEN ART:
Ein Hebel ist vom ersten Typ oder vom ersten Typ, wenn der Drehpunkt zwischen der Antriebskraft und der Widerstandskraft liegt. Der erste Hebel kann wiederum vorteilhaft sein, wenn die Antriebskraft weiter vom Drehpunkt der Widerstandskraft entfernt ist oder im gegenteiligen Fall nachteilig ist.
Sie sind Hebel der ersten Art, der Brechstange, der Schere, der Zange usw.
ZWEITER TYP HEBEL:
ein Hebel soll vom zweiten Typ oder vom zweiten Typ sein, wenn sich der Drehpunkt auf der gleichen Seite der Antriebskraft und der Widerstandskraft befindet, wobei es gleichzeitig notwendig ist, dass die Antriebskraft weiter vom Drehpunkt entfernt ist als die Widerstandskraft. Daraus kann geschlossen werden, dass Hebel zweiter Ordnung immer vorteilhaft sind.
Die Schubkarre ist die zweite Art von Nussknacker, der Flaschenöffner.
DRITTER HEBEL:
Ein Hebel ist vom dritten Typ oder von der dritten Art, wenn sich der Drehpunkt auf der gleichen Seite der Antriebskraft und der Widerstandskraft befindet, wobei es gleichzeitig erforderlich ist, dass die Antriebskraft näher am Drehpunkt liegt als die Widerstandskraft. Daraus kann geschlossen werden, dass Hebel dritter Ordnung immer nachteilig sind.
Die Bremssättel sind der dritte Hebeltyp.
Auch die Muskeln unseres Körpers, die sich auf den Knochen befinden, sind vom physischen Standpunkt der Hebel aus gesehen. Die Abbildung zeigt die Beugung des Unterarms durch den Bizeps-Brachialis-Muskel.
Dies ist ein klassisches Beispiel eines Hebels vom dritten Typ, was, wie wir gesagt haben, immer nachteilig ist. Da der Hebelarm kürzer ist, muss die Kraft, die der Bizepsmuskel entwickelt, viel größer sein als die Gewichtskraft des auf der Hand gehaltenen Balls. Dieser Hebeltyp ermöglicht jedoch eine große Amplitude und eine große Bewegungsgeschwindigkeit.
Tatsächlich sprechen wir in der Physik von einem statischen und einem dynamischen Vorteil. Es gibt einen statischen Vorteil, wenn Sie mit einer kleineren Antriebskraft eine größere Widerstandskraft gewinnen können (vorteilhafter Hebel), aber in diesem Fall sind die Geschwindigkeit und die Amplitude der Bewegung gering, sodass ein dynamischer Nachteil besteht.
Ein statischer Nachteil (nachteiliger Hebel) ermöglicht automatisch eine größere Geschwindigkeit und Bewegungsamplitude, dh einen dynamischen Vorteil.
STATISCHER VORTEIL = DYNAMISCHER NACHTEIL
STATISCHER NACHTEIL = DYNAMISCHER VORTEIL
Die Plantarflexion des Fußes mit verlängerten unteren Gliedmaßen ist ein Beispiel für einen Hebel zweiter Ordnung.
Widerstand (Gewicht) und Kraft (Muskel) sind in Bezug auf den Drehpunkt auf der gleichen Seite, die Antriebskraft ist weiter entfernt und daher ist der Hebel vorteilhaft. Das sehr rückwärtige Einführen des Trizeps-Surals erleichtert daher die Bewegung.
Der gesamte Bewegungsapparat basiert auf einem Hebelsystem. Daher wird bei jeder Bewegung ein Hebel erzeugt, der vom ersten, zweiten oder dritten Typ sein kann. Im menschlichen Körper sind die häufigsten Hebel die des ersten und dritten Typs, während die vorteilhaften Hebel dritter Ordnung sehr selten sind.
Der menschliche Körper verwendet jedoch einige Elemente, die die Aktion der Muskeln erleichtern können. Dies ist zum Beispiel bei der Patella der Fall, die durch Verlagerung der Zugkraft des Quadrizeps nach vorne ihre Wirksamkeit erhöht.
