Lessen hefbomen

Met hefbomen kun je leuke dingen doen. Het mooie is dat ook heel jonge kinderen al intuïtief begrijpen en in een gesprek goed kunnen beredeneren hoe hefbomen werken.

Een kort gesprekje over de begrippen kracht, last en draaipunt is een mooie introductie. Het draaipunt (D) is het punt waar de hefboom scharniert of draait, de last (L) is hetgeen wat moet worden beetgepakt of opgetild en de kracht (K) is de kracht (vaak spierkracht, soms ook een machine of batterij) die we gebruiken.

Zoals de figuur hieronder laat zien kunnen we kracht, last en draaipunt onderling van plaats laten veranderen. De hefboom krijgt dan een heel andere functie.

Leuke activiteit is om de leerlingen het principe uit te leggen en dan onderstaande tekening te laten zien.
Stel ze de vraag of ze kunnen duiden wat ze zien en voorbeelden van dagelijkse voorwerpen kunnen bedenken die bij de verschillende tekeningen horen.

Nummer 1 is bijvoorbeeld een manier om zware voorwerpen van de grond te krijgen.

Het meisje oefent de kracht uit, het latje onder de plank vormt het draaipunt en de boeken zijn de last. Door het draaipunt dichtbij te leggen wordt de last makkelijker op te lichten. Een wip werkt ook volgens tekening 1.

Twee kinderen zijn ongeveer even zwaar, maar wat doe je als je tegenover een volwassene zit, of op de wip zit met een olifant?

Juist! Dan doe je als deze muis en verplaats je het draaipunt in de richting van de zwaarste last. Daardoor raakt de wip weer in balans. Door het verplaatsen van het draaipunt kun je zwaardere lasten tillen. Voorbeeld 1 kan dus ook een wip zijn of een weegschaal, knijptang, schaar, schop of katapult.

Nummer 2 zou een kruiwagen kunnen zijn, maar ook een flesopener of een notenkraker. Het draaipunt en de kracht zitten aan het uiteinde. De last zit ertussenin.

Nummer 3 kan een pincet zijn of een suikertang een hamer, hengel of nietmachine. Hier zit de kracht juist in het midden en bevinden draaipunt en last zich aan de uiteinden.

Een hefboom zorgt ervoor dat je minder kracht hoeft te zetten om iets op te tillen, open te schroeven los te maken of juist vast te maken. Een hefboom heeft dus heel veel toepassingen.

Een andere leuke opdracht is om een bak gereedschap en gebruiksvoorwerpen te laten analyseren door de leerlingen en ze te laten duiden waar de kracht, de last en het draaipunt zit.
Als de leerlingen het principe hebben begrepen kunnen ze er iets mee maken. Als ze weinig ervaring hebben met maken en ontwerpen kunnen ze eerst iets namaken. Daar leren ze een hoop van. Leuk om mee te beginnen zijn bekken van dieren en een schaarprincipe.
Met karton en splitpennen kom je volgens onderstaand voorbeeld een heel eind…
Je kunt ook tongspatels nemen en er 3 gaatjes in boren. Dat kunnen leerlingen ook zelf doen met een handboor. In beide gevallen kun je splitpennen gebruiken.
Wij hadden een hoop plezier met een dier met een scharnier…

Maar het leukste is natuurlijk als je het principe eenmaal begrijpt om er zelf mee te gaan ontwerpen. Er zijn talloze ontwerptoepassingen…

Hefbomen horen thuis binnen het concept ‘overbrengingen’. In onderstaand PDF staan meer mechanische apparaten, machines en automaten die kinderen kunnen begrijpen en maken.

spread_leerlandschap_mechanica
Er is nog zoveel meer mogelijk. Kijk maar eens wat de kunstenaar Federico Tobon doet met hefbomen…