Archimedes “Geef mij een plaats om te staan en ik beweeg de aarde” Archimedes
Ik ben Archimedes. Ik woon in Syracuse in 220 v. Chr. Ik ben later wereldberoemd geworden als groots wiskundige. Ook bedacht ik veel oorlogstuig.
Zo verbeterde ik de kracht en nauwkeurigheid van het artilleriewapen de katapult. Dit kon ik doen doordat ik begreep hoe met een kleine kracht een hele grote kracht gemaakt kan worden. Het geheim? Een hefboom.
Als de hefboom maar lang genoeg is, en het draaipunt slim geplaatst is, kan er een enorme kracht opgebouwd worden. Zó groot zelfs, dat als ik een plaats had om te staan en een zeer lange hefboom, ik met alleen mijn spierkracht zelfs de aarde zou kunnen bewegen.
Wil je weten hoe? Dat leer je in deze opdracht.
Wat ga je leren?
Leerdoelen
Aan het eind van deze opdracht kun je:
in een schematische afbeelding van een hefboom uitleggen wat het gevolg is van een verandering in de lengte van een arm voor de grootte van de krachten.
Wat ga je doen?
Activiteiten
Aan de slag
Activiteit
Waarnemen
Je kijkt naar een tandwielen bij de trapper en het achterwiel van een racefiets of mountainbike.
Verklaren
Je verklaart waarom het aantal tandwielen op je voorblad invloed heeft op de manier van trappen.
Theorie
Je bestudeert de theorie over hefbomen en tandwielen.
Verwerken
Je beantwoordt de verwerkingsvragen.
Terugkijken
Je kijkt terug op de opdracht.
Tijd
Voor deze opdracht staat ongeveer 3 uur.
Aan de slag
Stap 1: Waarnemen
Maak de opdracht.
Stap 2: Verklaren
Een fiets trapt het zwaarst als de ketting bij de tandwielen bij de trappers (het voorblad) om het grootste tandwiel ligt en bij de tandwielen bij het achterwiel (het achterblad) om het kleinste tandwiel.
Verklaar hoe dit komt. Beperk je hierbij tot het voorblad. Je hoeft dus alleen naar het voorblad te kijken.
Maak gebruik van de begrippen draaipunt, armen en krachten.
Maak een tekening waarin je het draaipunt, de armen en de krachten aangeeft. Teken de trappers hierbij in de horizontale positie.
TIP: Bekijk eventueel deze tips
Bij de versnellingen van een fiets wordt gebruik gemaakt van het principe van de hefboom. Met een hefboom kan een kleine kracht worden omgezet in een grote kracht. Bij een hefboom is steeds sprake van een draaipunt, van een korte arm en een lange arm.
Als je voor een bepaalde bezigheid veel kracht nodig hebt, kun je soms gebruik maken van een hefboom.
Hefboom
Een hefboom is een voorwerp met een draaipunt waarmee met een kleine kracht een veel grotere kracht uitgeoefend kan worden. Hier zie je een schematisch voorbeeld van een hefboom:
De krachten worden hier met pijlen voorgesteld. Een kracht kan de snelheid, richting of de vorm van een voorwerp veranderen. Een kracht heeft altijd een aangrijpingspunt, een richting en een grootte. Het aangrijpingspunt wordt weergegeven door de staart van de pijl, de richting van de kracht door de richting van de pijl, en de grootte van de kracht dor de lengte van de pijl.
Een hefboom heeft altijd een draaipunt en twee armen: een korte arm en een lange arm. De afstand tussen (het aangrijpingspunt van) de kracht en het draaipunt noem je de arm van de kracht.
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.
Fiets
Ook de fiets werkt met een hefboom.
Bekijk hier hoe.
Ook de overbrenging van je spierkracht op de fiets werkt volgens het principe van een hefboom. Het draaipunt van de hefboom is de as waarmee de pedalen aan de fiets vastzitten. De lange arm is de trapper. De lengte van de lange arm wordt weergegeven met arm 1. De korte arm is de straal van het tandwiel en wordt weergegeven met arm 2. Je spierkracht op de trapper wordt hier voorgesteld met pijl 1. De spierkracht wordt doorgegeven aan de ketting. In de tekening wordt de kracht op de ketting voorgesteld met pijl 2.
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. Met de spierkracht op grotere afstand van het draaipunt kun je dus een grotere kracht uitoefenen op de ketting op een kleinere afstand van het draaipunt.
Als je door te schakelen de ketting op een kleiner tandwiel legt, wordt de kleine arm nog kleiner en daardoor de kracht nog groter. Je kunt dan met dezelfde spierkracht een nog grotere kracht zetten op de ketting.
Meer voorbeelden
Bekijk nog veel meer voorbeelden van hefbomen.
Veel voorwerpen maken gebruik van het hefboomprincipe, bijvoorbeeld een breekijzer, een klauwhamer, een flessenopener, een steeksleutel en een steekwagen/kruiwagen.
Bekijk deze filmpjes voor een aantal voorbeelden van hefbomen:
De onderstaande antwoorden moet je zelf nakijken; vergelijk jouw antwoorden met de goede
antwoorden, en geef aan in welke mate jouw antwoorden correct zijn.
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Deze les valt onder de arrangeerbare leerlijn van de Stercollectie voor NaSk voor vmbo leerjaar2/ 3/4. Dit is thema ’Kracht en bewegen'. Het onderwerp van deze les is: hefboom.
Je leert in een schematische afbeelding van een hefboom uitleggen wat het gevolg is van een verandering in de lengte van een arm voor de grootte van de krachten.
Deze les valt onder de arrangeerbare leerlijn van de Stercollectie voor NaSk voor vmbo leerjaar2/ 3/4. Dit is thema ’Kracht en bewegen'. Het onderwerp van deze les is: hefboom.
Je leert in een schematische afbeelding van een hefboom uitleggen wat het gevolg is van een verandering in de lengte van een arm voor de grootte van de krachten.
Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten
terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI
koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI
koppeling aan te gaan.
Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.
Arrangement
Oefeningen en toetsen
Hefboom
IMSCC package
Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.
Oefeningen en toetsen van dit arrangement kun je ook downloaden als QTI. Dit bestaat uit een ZIP bestand dat
alle
informatie bevat over de specifieke oefening of toets; volgorde van de vragen, afbeeldingen, te behalen
punten,
etc. Omgevingen met een QTI player kunnen QTI afspelen.
Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en
het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op
onze Developers Wiki.
Archimedes
Een fiets trapt het zwaarst als de ketting bij de tandwielen bij de trappers (het voorblad) om het grootste tandwiel ligt en bij de tandwielen bij het achterwiel (het achterblad) om het kleinste tandwiel.
Als je voor een bepaalde bezigheid veel kracht nodig hebt, kun je soms gebruik maken van een hefboom.
