Wat is een hefboom en hoe werkt de hefboomwet?

Een hefboom is een werktuig dat gebruikmaakt van het principe van momenten om kracht te vergroten of te verplaatsen. Een moment ontstaat wanneer een kracht op een bepaalde afstand van een draaipunt werkt, wat een draaiend effect veroorzaakt. Dit principe wordt beschreven door de hefboomwet, ook wel de momentenwet genoemd.

De belangrijkste begrippen bij hefbomen en de hefboomwet zijn:

• Draaipunt: Het punt waar een voorwerp omheen draait.
• Kracht ($F$): De duw- of trekkracht die wordt uitgeoefend, gemeten in Newton (N).
• Arm ($l$): De afstand tussen het draaipunt en het punt waar de kracht wordt uitgeoefend, gemeten in meter (m). Dit kan ook worden aangeduid met $x$ of $s$.
• Moment ($M$): De grootheid die het draaiende effect van een kracht beschrijft. Het wordt afgekort met een grote $M$ en de eenheid is Newtonmeter (Nm).

De formule om een moment te berekenen is: $M = F \times l$ Hierbij is:

• $M$ het moment in Newtonmeter (Nm)
• $F$ de kracht in Newton (N)
• $l$ de arm in meter (m)

Voorbeeld van de hefboomwet: Stel, je hebt een deurklink. De klink is op een afstand van 0,1 meter (de arm $l$) van de scharnieren (het draaipunt). Als je een kracht van 20 Newton ($F$) uitoefent op de klink, dan bereken je het moment als volgt: $M = 20 \text{ N} \times 0,1 \text{ m} = 2 \text{ Nm}$ Dit moment van 2 Nm zorgt ervoor dat de deur draait en opengaat.

Een andere manier om met een hefboom te rekenen, is door te kijken naar de kracht die een hefboom levert. Als je een kracht uitoefent op de ene kant van een hefboom, kun je aan de andere kant een andere kracht krijgen. De basisformule hiervoor is: $\text{kracht} = \text{lengte van de arm} \times \text{de kracht die je uitoefent}$

Hierbij wordt de kracht uitgedrukt in Newton (N) en de lengte van de arm meestal in meters (m).

De afkortingen die hiervoor worden gebruikt zijn:

• De kracht wordt vaak aangeduid met de letter $F$.
• De lengte van de arm wordt vaak aangeduid met de letter $l$.
• De uitgeoefende kracht kan worden aangeduid met $F_{uitgeoefend}$.

De formule kan dus ook geschreven worden als: $F = l \times F_{uitgeoefend}$

Voorbeeld van geleverde kracht: Stel, je hebt een hefboom met een arm van 2 meter en je oefent een kracht van 50 Newton uit. Dan bereken je de kracht die de hefboom levert als volgt: $F = 2 \text{ m} \times 50 \text{ N} = 100 \text{ N}$ De hefboom levert in dit geval een kracht van 100 Newton.