Met een tang kun je gemakkelijk een grote kracht zetten. Dit komt omdat een tang werkt als een hefboom. Veel gereedschap werkt als een hefboom. Een hefboom heeft altijd een draaipunt. De afstand tussen de kracht en het draaipunt noem je de arm van de kracht. Met een hefboom kun je met een kleine kracht op grote afstand van het draaipunt, een grote kracht maken dicht bij het draaipunt.
In het dagelijks leven kom je overal hefbomen tegen. Denk maar eens aan: klauwhamer, breekijzer, schaar, tang, spoorboom, ophaalbrug, en een torenkraan. Bij hefbomen zijn er altijd minstens twee krachten. Er zijn twee soorten hefbomen:
Hefbomen waarbij het draaipunt tussen de twee krachten zit zoals die in de afbeelding hierboven.
Hefbomen waarbij de krachten aan dezelfde kant van het draaipunt zitten zoals in de afbeelding hieronder.
Schematisch Tekenen Soms is het handig om een situatie schematisch te tekenen. Elke situatie met een hefboom kun je terug brengen tot de twee simpele situatie schetsen van de afbeelding hieronder.
De formule bij een hefboom (hefboomwet) Met een hefboom kun je met een kleine kracht op een grote afstand van het draaipunt, een grote kracht maken op een kleine afstand van het draaipunt. Wanneer er twee krachten op een hefboom werken, kan er evenwicht ontstaan. Een hefboom is in evenwicht als het effect van beide krachten even groot is.
Het effect van een kracht op een hefboom kun je berekenen door de kracht (F) te vermenigvuldigen met de arm (l). Bij evenwicht geldt de hefboomwet. Met de hefboomwet kun je een ontbrekende kracht of arm berekenen.
Hefboomwet en eenheden Om bij een hefboom evenwicht te krijgen, moet het effect van beide krachten even groot zijn. Dit betekent dat je in berekeningen ervoor moet zorgen dat je eerlijk vergelijkt. Als je de éne kracht in newton hebt staan, moet de andere kracht ook in newton. Als je de éne arm in meters hebt staan, moet de andere arm ook in meters staan.
Rekenen met de hefboomwet Hieronder zie je twee voorbeelden van het rekenen met de hefboomwet.
Opgave 1 Leg in je eigen woorden uit wat een hefboom is.
Opgave 2 Jan wil met zijn kruiwagen wat aarde verplaatsen. Hij schept de kruiwagen halfvol zoals in het plaatje hieronder. a) Leg uit waarom het niet handig is dat Jan de aarde in de achterkant van de kruiwagen heeft gelegd. b) Welke arm van de hefboom verandert er als Jan de aarde aan de voorkant van de kruiwagen legt? c) Wat zou er gebeuren met de kracht die Jan nodig heeft om de kruiwagen op te tillen, als de aarde aan de voorkant van de kruiwagen lag?
Opgave 3 Henk wil een paar planken losmaken in de vloer. Hij gebruikt hiervoor een breekijzer zoals hieronder te zien is. Helaas werken de planken niet mee en Henk moet erg veel kracht zetten. Leg uit op welke plek van het breekijzer Henk het beste zijn kracht kan zetten.
Opgave 4 (knipblad) Hieronder staan vier voorwerpen. In elk plaatje gaat het om een hefboom. De kracht die op deze hefboom wordt uitgeoefend is al getekend. a) Geef in elk voorwerp het draaipunt aan van de hefboom. b) Schets het resultaat van de kracht die gegeven wordt. (Teken de kracht die aan de andere kant van de hefboom ontstaat ongeveer.)
Opgave 5 Maak een schets van elk van de hefbomen van vraag 4.
Opgave 6 Noem de hefboomwet in woorden en symbolen
Opgave 7 Hieronder zie je een hefboom met aan twee kanten gewichtjes eraan. Henk zegt: "Die hefboom moet in evenwicht zijn, de krachten werken op dezelfde afstand van het draaipunt." Piet zegt: "Die hefboom is niet in evenwicht. De krachten zijn niet even groot aan beide kanten." a) Wie heeft hier geen gelijk. b) Leg je a ntwoord bij a uit. c) Leg uit hoe een hefboom wel in evenwicht kan zijn ook als de krachten aan beide kanten niet even groot zijn.
Opgave 8 Liesje en haar vader zitten samen op de wipwap. Liesje heeft een gewicht van 330 N en zit op 4,0 m van het draaipunt. Vader heeft een gewicht van 600 N. Een schets van deze hefboom zie je hieronder. Bereken op hoeveel m afstand van het draaipunt vader moet zitten, om evenwicht te maken.
Opgave 9 Bartje en zijn moeder zitten samen op de wipwap. Bartje zit op 4 m afstand van het draaipunt. Moeder heeft een gewicht van 550 N en zit op 3,2 m van het draaipunt. a) Maak een schets van deze hefboom. b) Bereken het gewicht van Bartje. c) Bereken de massa van Bartje.
Opgave 10 Kees probeert met een koevoet een blok op te tillen. Hieronder zie je er een tekening van. Kees zet op 0,7 m van het draaipunt 400 N kracht. De arm voor het blok is 8 cm. a) Teken een schets van deze hefboom. b) Bereken hoeveel kracht Kees op het blok zet.
Opgave 11 Piet gebruikt een kruiwagen om 50 kg grind te verplaatsen. Het massamiddelpunt van het grind zit op 60 cm van de as. De handvatten, waar Piet kracht zet, zitten op 1,3 m van de as. a) Teken een schets van deze hefboom. b) Bereken het gewicht van het grind. c) Bereken de kracht die Piet moet zetten om de kruiwagen opgetild te houden.
Je kunt uitleggen wat een hefboom is. Een hefboom is een manier (vaak een lang voorwerp met een draaipunt) om met een kleine kracht, een veel grotere kracht uit te oefenen. Dit kun je voor elkaar krijgen door de kleine kracht op een grote afstand van het draaipunt te zetten, de grote kracht ontstaat dicht bij het draaipunt.
Je kunt vier verschillende voorbeelden noemen van hefbomen. De hefboom kom je overal tegen. Bijvoorbeeld in: een schaar, een tang, een deurklink, een breekijzer, een spoorboom, een wipwap, een kruiwagen, een klauwhamer, een hefboomschaar, steeksleutel, een waterpomptang, een flesopener en een notenkraker.
Je kunt bij een hefboom de twee krachten, hun armen en het draaipunt herkennen. Praktische vaardigheid.
Je kunt het symbool van de arm uit het hoofd noemen. Omdat de arm een lengte is, wordt voor de arm vaak de kleine letter l gebruikt.
Je kunt de hefboomwet uit het hoofd noemen. De kracht maal arm links is even groot als de kracht maal arm rechts. Flinks x llinks = Frechts x lrechts
Je kunt een onbekende kracht of arm berekenen met de hefboomwet. (Draaipunt tussen de twee krachten). Praktische vaardigheid: 1 - Kies welke kant je links en rechts noemt. 2 - Zoek in de opgave naar de gegeven grootheden. Zoek ook de grootheid die je moet uitrekenen. Schrijf ze onder elkaar op met symbolen en eenheden. 3 - Reken de grootheden eventueel om, totdat de eenheden bij elkaar horen. 4 - Schrijf de hefboomwet op. 5 - Schrijf de formule nogmaals op maar vervang nu de bekende symbolen met de getallen. 6 - Reken de uitkomst uit. 7 - Reken de uitkomst eventueel om naar de gevraagde eenheid.
Je kunt een onbekende kracht of arm berekenen met de hefboomwet. (De twee krachten aan dezelfde kant van het draaipunt). Praktische vaardigheid: 1 - Kies welke kant je links en rechts noemt. 2 - Zoek in de opgave naar de gegeven grootheden. Zoek ook de grootheid die je moet uitrekenen. Schrijf ze onder elkaar op met symbolen en eenheden. 3 - Reken de grootheden eventueel om, totdat de eenheden bij elkaar horen. 4 - Schrijf de hefboomwet op. 5 - Schrijf de formule nogmaals op maar vervang nu de bekende symbolen met de getallen. 6 - Reken de uitkomst uit. 7 - Reken de uitkomst eventueel om naar de gevraagde eenheid.