Einseitiger Hebel (kinästhetisch)
Physik
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Grundidee
Mit einem einfachen, selbst gebauten einseitigen Hebel kann man sehr gut am eigenen Körper die Wirkung des Hebelgesetzes erspüren. Zahlen und Körpergefühl verbinden sich so zu einer interesssanten und bedeutsamen Gesamterfahrung. Das ist hier mit mehreren interessanten Varianten kurz vorgestellt.
Aufbau
In der Mathe-AC Lernwerkstatt in Aachen ist der Versuch schon fertig aufgebaut. Er hängt gut sichtbar an der Nordwand des Physik-Raumes. Siehe mehr unter WH54 20180808 Inventar einseitiger Hebel ↗
Man kann den Versuch aber mit einfachen Materialien selbst leicht nachbauen. Der schwierigste Teil ist es dabei, den Hebel einseitig drehbar und stabil zu lagern. Wenn das nicht machbar ist, kann alternativ eine zweite Person die Latte auf der Seite der Lagerung auch mit dem Händen fest auf eine Unterlage drücken. Das hat denselben Effekt wie eine drehbare Lagerung.
Durchführung
Der Versuch ist sehr vielfältig einsetzbar, von der Grundschule bis hin zu eine Studium kann man sich verschiedene Aspekte des einseitige Hebels damit deutlich machen.[1]
1: Ad infinitum!
- Stelle den Versuchsaufbau vor die auf einen Tisch. Eine bewegliche Latte ist an einer Seite drehbar gelagert. Das nennen wir hier den Drehpunkt. Am anderen Ende ist die Latte lose. Das ist das lose Ende.
- Halte den Zeigefinger einer Hand von unten an das freie Ende der Holzlatte. Das ist in etwa dort, wo man die Markierung 38 cm sieht. Halte den Finger so, dass die Holzlatte waagrecht in der Luft hängt. Siehe auch waagrecht ↗
- Nun bewege den Finger langsam auf den Drehpunkt des Hebels zu. Dabei muss die Latte aber immer waagrecht bleiben. Spüre, wie du dafür immer mehr Kraft benötigst.
- Recht nahe am Drehpunkt, nur noch wenige Zentimeter davon entfernt, muss jemand anderes den Versuchsaufbau auf dem Tisch festhalten, da du ihn sonst hochdrücken würdest.
- Ganz nahe am Drehpunkt spürt man, dass die nötige Haltekraft langsam aber sicher in Richtung unendlich zu gehen scheint (was sie auch tatsächlich tut). Auf Latein spricht man von einem Effekt ad infinitum ↗
2: Hebelparadoxon
- Jetzt brauchst du neben dem eigentlichen Versuchsaufbau noch ein 100 oder 200-Gramm Gewichtsstück ↗
- Halte jetzt den Zeigefinger von unten an die Mitte der Latte und halte sie wieder waagrecht ↗
- Lege dann mit der anderen Hand das Gewichtsstück von oben auf die Latte und zwar möglichst nahe ans lose Ende.
- Du benötigst mit dem Finger jetzt viel Kraft, um die Latte waagrecht zu halten. Spüre diese Kraft bewusst.
- Nun die Frage: musst du den Finger auf das Gewichtsstück zu bewegen oder von ihm weg, um weniger Kraft zu benötigen?
3: Kräfte schätzen
- Auch diese Variante benötigt jemand zweites zum helfen.
- Halte den Finger an eine beliebige Stelle von unten an die Latte.
- Die Latte sollte von dem Finger wieder waagrecht gehalten werden.
- Schließe dann die Augen und lasse sie die ganze weitere Zeit auch zu.
- Nun legt die zweite Person irgendein Gewicht irgendwo auf die Latte.
- Die Person sagt dir entweder, wie schwer das Gewicht ist oder wo es liegt.
- Du sollst dann den Wert der fehlenden Angabe erfühlen.
- Mit der Zeit klappt das immer besser.
Balken-Stemm-Versuch
Eine etwas "gröbere" Variante dieses Versuch kann man zu zweit mit einem schweren Balken oder einem Brett durchführen. Je eine Person hält den Balken an je einem seiner zwei Enden über Kopf. Die eine Person A bleibt fest an ihrem Ort stehen und hält nur den Balken fest. Die andere Person B tippelt dann langsam in Richtung A. Dabei soll B den Balken weiterhin über Kopf waagrecht halten. Die Hände wandern aber mit. Sie sollen den Balken immer senkrecht über dem eigenen Kopf abstemmen. Je näher sich die zwei Personen kommen, dest sehr viel größer werden die Kräfte. Theoretisch gehen sie mit der Annäherung "gegen unendlich". Siehe dazu auch die Anleitung zum Balken-Stemm-Versuch ↗
Fußnoten
- [1] Ein Versuch, der über Jahre hinweg mit immer wieder neuen Aspekten betrachtet werden kann ist Teil von einem sogenannten Spiralcurriculum ↗
