Mechanik Versuch 1 - Gymnasium Gerlingen

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Versuch Nr. M 1
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Gymnasium Gerlingen
Physik Praktikum Mittelstufe
Der zweiseitige Hebel
13 Aug 2004
A. Pfänder
Vorüberlegung:
Bei der Wippe auf dem Spielplatz, bei Werkzeugen (Zange, Schere, Bolzenschneider...), bei der
Balkenwaage.... liegt jeweils ein Körper vor, der um einen Punkt drehbar ist; auf beiden Seiten von diesem
Drehpunkt befinden sich Angriffspunkte von Kräften. Je nachdem, wie groß der Abstand der Angriffspunkte
zum Drehpunkt ist, wirken die Kräfte unterschiedlich „effektiv”. Es sollen experimentell die Gesetzmäßigkeiten
dieser „Hebelwirkung” untersucht werden.
Geräte, Materialien:
ü Tischklemme
ü Stativstangen lang und kurz
ü Muffen
ü Hebel
ü Haken
ü Wägestücke (50 g)
ü Kraftmesser
ü Maßband oder Lineal
Versuchsaufbau und Durchführung:
Baue die Versuchsanordnung wie rechts dargestellt
auf. Der Hebel wird am Stativ drehbar gelagert;
derjenige Arm des Hebels, der zwischen
Drehpunkt und dem Aufhängepunkt der Wägestücke
liegt, heißt Lastarm, der andere Kraftarm.
Achtung: der Nullpunktschieber des Kraftmessers ist vor Beginn
der Messung in der Gebrauchslage auf Null Newton einzustellen;
der Kraftmesser muss immer lotrecht stehen. Der Hebel muss bei
jeder Messung (Ausrichtung nach Augenmaß) horizontal stehen.
Alle Wägestücke und der Kraftmesser werden mit den Haken am
Hebel befestigt.
Drei Größen kann man bei diesem Experiment verändern: die Länge
des Kraftarms, die Länge des Lastarms und die Last (F L) selbst.
Gemessen wird jeweils die Kraft, die der Kraftmesser (F F) anzeigt.
Um den Überblick zu bewahren, verändert man von den drei Größen
jeweils nur eine und lässt die anderen beiden konstant. Die am

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Der zweiseitige Hebel
13 Aug 2004
A. Pfänder
Kraftmesser abgelesene Kraft ist dann eine Funktion der jeweils veränderten Größe. Es ergeben sich demnach
drei Messreihen, die in einer Tabelle zusammgefasst werden.
Messreihe a)
Die Last (Gewichtskraft F L der angehängten Wägestücke) wird konstant gehalten, ebenso der Kraftarm; der
Lastarm, also der Aufhängepunkt der Wägestücke, wird dagegen verändert (r L).
Hänge dazu 4 Wägestücke als Last rechts vom Drehpunkt an den äußersten Stift (Nr. 6). Verschiebe die Muffe
b mit der Stativstange a so, dass der Hebel waagrecht hängt und lies die Kraft F am Kraftmesser ab.
Messe mit dem Geodreieck (Maßband) die Längen von Kraftarm und Lastarm (r F, r L). Trage alle Messwerte
(r F, r L, F F, F L) in die unten stehende Tabelle ein.
Wiederhole den Versuch mit veränderte Lastarmlänge (z.B. Einhängen bei Stift Nr. 3 rechts); die Länge des
Kraftarmes bleibt dabei unverändert. Verfahre mit der Messung und der Eintragung der Werte wie oben.
Wiederhole das Experiment bei einer weiteren Lastarmlänge.
Messreihe b)
Die Last (Gewichtskraft F L der angehängten Wägestücke) wird konstant gehalten, ebenso die Länge des
Lastarmes; verändert wird die Länge des Kraftarmes (r F).
Hänge dazu wieder vier Wägestücke rechts an den äußersten Stift. Stelle den Hebel wieder auf horizontale Lage
ein und lies die Kraft am Kraftmesser ab. Messe mit dem Geodreieck oder dem Maßband wieder r L bzw. r F.
Trage die Werte in die Tabelle im Bereich „Messreihe b)” ein.
Wiederhole den Versuch zweimal mit veränderter Kraftarmlänge; benutze dazu die gleichen Längen wie im
Versuch a) oben!
Notiere alle Messungen in der Messtabelle.
Messreihe c)
Die Längen von Last- und Kraftarm werden konstant gehalten; verändert wird die Last (Gewichtskraft F L
der angehängten Wägestücke).
Hänge dazu ein Wägestück rechts an Stift Nr. 3 und den Kraftmesser links an Stift Nr. 2. Stelle den Hebel
wieder auf Horizontallage ein; Messe die Längen von Last- und Kraftarm und am Kraftmesser die auftretende
Kraft.

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Der zweiseitige Hebel
13 Aug 2004
A. Pfänder
Trage alle Messwerte in die Tabelle im Bereich „Messreihe c)” ein.
Wiederhole den Versuch mit zwei und drei Wägestücken, wobei die Längen von Last- und Kraftarm konstant
gehalten werden. Trage alle Messwerte in die Tabelle ein.
Auswertung:
Fasse alle Messwerte in einer Messwert-Tabelle zusammen (s.u.)
Messtabelle:
Messreihe a) Messreihe b) Messreihe c)
Lastkraft F L N
Kraft F F
N
Lastarm r L
m
Kraftarm r F
m
F L · r L N ·m
F F · r F N ·m
Erläutere bei allen drei Messreihe, welche Aussage man ihnen entnehmen kann. Bestimme dazu die Produkte
F L · r L und F F · r F und vergleiche sie.
Führe bei allen Messreihen eine Fehlerbetrachtung durch. Dabei ist der Größtfehler abzuschätzen und es ist zu
untersuchen, ob sich die oben gemachten Aussagen im Rahmen der ermittelten Messgenauigkeit auch wirklich
machen lassen.