Stiftung PHÄNOMENTA Lüdenscheid

Zange

Lfdn Nr 45Eine starke Feder hält das „Maul“ der Zange offen. An welcher Stelle brauchst du besonders viel, wo vergleichsweise wenig Kraft, um die Feder zusammen zu drücken?

WORUM GEHT ES?
Muskelkraft alleine reicht nicht immer. Es kommt auch darauf an, wie bzw. wo sie angewendet wird. Das beweist auch diese riesige, drei Meter lange Zange. Bei der starken Feder im „Maul“ der Zange handelt es sich um das Federbein mit Stoßdämpfer aus einem PKW. Diese lässt sich wirklich nur zusammendrücken, wenn man die überdimensionale Zange aus Edelstahl weit weg vom Drehpunkt, also am hinteren Ende, betätigt.

WESHALB IST DAS SO?
An dieser Station wird das Prinzip des Hebelgesetzes demonstriert. Es besagt: Je länger der Hebel ist, der über einen Drehpunkt die Kraft an einen Körper weitergibt, desto leichter wird es, den Körper zu bewegen. Im Fall der Zange besitzen die zwei Hebel einen gemeinsamen Drehpunkt, an dem sich die beiden Bügel schneiden. Will man die Feder, die sich zwischen den Backen dieser überdimensionalen Zange befindet, zusammendrücken, muss man viel Kraft aufwenden. Dabei gilt, je näher man die Druckkraft an der Feder ansetzt, desto schwieriger wird es, sie auch nur einen Millimeter zu stauchen. Drückt man jedoch ganz am Ende der Zange, wird der Hebel, der die Kraft überträgt, möglichst lang. So ist es fast ein „Kinderspiel“, die Feder zu stauchen.

Alltagsbezug
Ein Hebel gehört zu den einfachen Maschinen und wird sogar von Tieren genutzt. Bei einem Hebel nutzt man aus, dass auf einer Seite die Kraft stark vergrößert werden kann, wenn man auf der anderen Seite einen größeren Weg in Kauf nimmt. Da die Kraft eines Menschen eher beschränkt ist, der Weg aber praktisch keine Begrenzung kennt, liegt es sehr nahe, Weg statt Kraft zu nutzen. So verwendet man z.B. Brecheisen und Flaschenöffner, beides sind kraftsparende Hebel. Die Zange ist eine Verbindung zweier Hebel mit gemeinsamem Drehpunkt. Selbst ein Getriebe kann man unter diese Rubrik einsortieren: Dort wird hohe Drehzahl, aber wenig Kraft, umgewandelt in niedrige Drehzahl, aber hohe Kraft. Oder auch umgekehrt, je nachdem welche Übersetzung gerade gebraucht wird.

Biologie
Der Bizeps ist der Muskel am Oberarm, der den Unterarm anwinkelt. Der Unterarm ist im Prinzip ein einseitiger Hebel, Last und Kraft liegen auf der gleichen Seite vom Ellebogengelenk aus gesehen. Muskeln können sich nur relativ kurze Wege zusammenziehen, aber viele Muskelfasern (dicke Muskeln) können recht große Kräfte aufbringen. Hier hat man eine Übersetzung ins „schnelle“, d.h. einen kurzen und kraftvollen Weg der Muskeln, aber ein weiter Weg der Hand. Am ausgestreckten Arm herrschen ziemlich schlechte Hebelverhältnisse: Versuchen Sie einmal, wie lange Sie eine volle Mineralflasche halten können!

Technik
An einem Baggerarm finden wir die gleichen Verhältnisse wie an einen Menschenarm.

Termine

13. Mai 2017
Informationsnachmittag für Lehrer/innen und Erzieher/innen
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24. Juni 2017
Informationsnachmittag für Lehrer/innen und Erzieher/innen
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