Einseitiger Hebel (Artikelnr.: P )

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1 Lehrer-/Dozentenblatt Einseitiger Hebel (Artikelnr.: P ) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7-10 Lehrplanthema: Mechanik Unterthema: Kräfte, einfache Maschinen Experiment: Einseitiger Hebel Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Mittel 10 Minuten 10 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusatzinformationen Die Schüler haben im Versuch Zweiseitiger Hebel P das Hebelgesetz kennengelernt und seine Darstellung in der Form "Summe aller Drehmomente gleich Null". Hier sollen sie den einseitigen Hebel in gleicher Weise untersuchen und seine Gesetzmäßigkeiten herausarbeiten. In der Zusatzaufgabe wird wieder die Darstellung der Gesetze in der Drehmomentenform verlangt.

2 Eieseitiger Hebel (Artikeler.: P ) Aufgabe ued Material Aufgabe Wie verhaltee sich Kraft ued Last ae eieem eieseitigee Hebel? Belaste eine Seite des Hebels mit einer Masse, die an verschiedenen Punkten angreift und bringe ihn mit einem Kraftmesser am äußeren Ende derselben Seite in waagerechte Lage. Miss die jeweils auftretenden Kräfte und Längen. Belaste eine Seite des Hebels mit einer Masse und bringe ihn mit einem Kraftmesser, der an verschiedenen Punkten derselben Seite angreift, in waagerechte Lage. Miss die jeweils auftretenden Kräfte und Längen.

3 Material Positioe Material Besteller. Meege 1 Stativfuß, variabel Stativstange Edelstahl 18/8, l = 250 mm, d = 10 mm Doppelmuffe Hebel Kraftmesser, transparent, 2 N Gewichtsteller für Schlitzgewichte Schlitzgewicht, schwarzlackiert, 10 g Schlitzgewicht, schwarzlackiert, 50 g Haltebolzen

4 Aufbau ued Durchführueg Aufbau Baue mit dem Stativfuss und der Stativstange ein Stativ auf (Abb. 1 und Abb. 2). Abb. 1 Abb. 2 Befestige die Doppelmuffe an der Stativstange. Klemme den Hebel mit dem Haltebolzen, so dass der Haltebolzen ganz in der Mitte des Hebels fest ist. Danach befestige der Haltebolzen mit dem Hebel in die Doppelmuffe (Abb. 3). Justiere den Kraftmesser mit der Schraube (Abb. 4). Abb. 3 Abb. 4 Durchführueg Hänge den Gewichtsteller mit einer Masse von m ges. = 100 g bei der Markierung 9 rechts an den Hebel. Um die Schlitzgewichte an den Gewichtsteller zu hängen, schiebe sie über das obere Ende des Gewichtstellers (Abb. 5).

5 Abb. 5 Stelle den Hebel mittels des Kraftmessers an der Markierung 10 rechts, Zugrichtung nach oben, waagerecht (Abb. 6). Hänge die Masse nacheinander an die Markierungen 7, 5, 3 und 1 rechts (Abb. 7) und lies für jede dieser Stellungen die Kraft F ab. Notiere alle Messwerte in Tabelle 1 im Protokoll. Abb. 6 Abb. 7 Hänge den Gewichtsteller mit einer Masse von m ges. = 40 g an die Markierung 5 rechts (Abb. 8). Stelle den Hebel mit dem Kraftmesser an der Markierung 10 rechts (Zugrichtung nach oben) waagerecht. Notiere alle Werte in Tabelle 2 im Protokoll. Bringe den Kraftmesser nacheinander an die Markierungen 8, 6, 4 und 2 rechts (Abb. 9) und miss die Kraft F für jede Stellung des Kraftmessers. Notiere alle Werte in Tabelle 2 im Protokoll. Abb. 8 Abb. 9

6 Um das Stativ abzubauen, drücke die gelben Knöpfe (Abb. 10). Abb. 10

7 Protokoll: Eieseitiger Hebel Ergebeis - Frage 1 (1 Puekt) Berechne aus der Masse m ges die Gewichtskraft und trage sie als Last L ein. m ges. = 100 g, L = N Ergebeis - Tabelle 1 Trage deine Messwerte in die Tabelle ein und berechne aus dem Abstand der Markierungen von je 2 cm die Länge des Lastarmes l 1 und des Kraftarmes l 2 in cm. Berechne die Produkte L l 1 und F l 2 und trage diese Werte ebenfalls in die Tabelle ein. Nr. der Markierung F in N l 1 in cm L l 1 in Ncm l 2 cm F l 2 in Ncm Masse Kraftmesser , , , , ,1 0 Ergebeis - Frage 2 (1 Puekt) Berechne aus der Masse m ges die Gewichtskraft und trage sie als Last L ein. m ges = 40 g, L = N

8 Ergebeis - Tabelle 2 Trage deine Messwerte in die Tabelle ein und berechne aus dem Abstand der Markierungen von je 2 cm die Länge des Lastarmes l 1 und des Kraftarmes l 2 in cm. Berechne die Produkte L l 1 und F l 2 und trage diese Werte ebenfalls in die Tabelle ein. Nr. der Markierung F in N l 1 in cm L l 1 in Ncm l 2 in cm F l 2 in Ncm Masse Kraftmesser , , , , ,0 0 Auswertueg - Frage 1 (10 Puekte) Vergleiche die Produkte miteinander, was entnimmst du diesem Vergleich?

9 Auswertueg - Frage 2 (10 Puekte) Drücke den beobachteten Sachverhalt in Worten und in einer Formel aus. Auswertueg - Tabelle 1 (3 Puekte) Betrachte die Tabelle: Wie ändert sich die Kraft unter den angegebenen Bedingungen? Wird sie größer oder kleiner? Ergänze die Tabelle. Last L Lastarm l 1 Kraftarm l 2 Kraft F konstant kleiner konstant 1 konstant konstant kleiner 1 kleiner konstant konstant 1

10 Auswertueg - Frage 3 (10 Puekte) Belaste den Hebel rechts an der Markierung 6 mit einer Last von 30 g. Hänge den Kraftmesser ebenfalls an diese Markierung und bringe den Hebel in waagerechte Stellung. Wie groß ist die angezeigte Kraft? Auswertueg - Zusatzaufgabe 1 (10 Puekte) Belaste die rechte Seite des Hebels mit mehreren Lasten L 1, L 2,... an den Lastarmen l 11, l 12,... Wie groß ist die Kraft F auf derselben Seite am Kraftarm l 2, die den Hebel in waagrechter Stellung hält?

11 Auswertueg - Zusatzaufgabe 2 (10 Puekte) Das Produkt "Kraft Hebelarm" wird Drehmoment genannt. Gib an, unter welchen Bedingungen der Hebel in waagerechter Stellung verharrt. Denke dabei an die Drehrichtung des Hebels.