Hävstång och gungbräda

En hävstång är en stång som vilar mot en fast punkt, en stödpunkt, och som gör det lättare att lyfta eller flytta något tungt. En gungbräda är en hävstång du säkert redan testat på en lekplats: den vilar mitt på ett stöd och kan tippa åt båda hållen beroende på vem som sitter var.

På en gungbräda kan en lätt person långt ute på sin sida väga upp en mycket tyngre person som sitter nära mitten. Det handlar inte bara om hur mycket man väger, det handlar också om avståndet till stödpunkten. Ju längre ut du sitter, desto större verkan får din tyngd på gungbrädan, och en liten kraft långt bort kan därför balansera en stor kraft nära stödpunkten.

Samma idé finns i många verktyg. Ett spett som sticks in under en stor sten har sin stödpunkt nära stenen, så en liten kraft långt ut på spettets andra ände räcker för att lyfta något mycket tyngre än du annars skulle klara med bara händerna. En kapsylöppnare fungerar likadant: handtaget är den långa armen du trycker på, och den korta spetsen under kapsylen gör själva lyftet. En sax är till och med två hävstänger i en, ihopsatta vid samma stödpunkt mellan handtag och blad. Klipper du nära stödpunkten blir kraften mellan bladen större än kraften från fingrarna, och därför klipper man tjock kartong längst in vid skruven.

Vad som egentligen avgör balansen på en gungbräda eller i ett verktyg är kraften och dess avstånd till stödpunkten tillsammans, inte bara det ena eller det andra. I gymnasiet får den tanken ett eget namn, kraftmoment, och man lär sig räkna exakt på den. Men grundtanken är densamma som på lekplatsen: en liten kraft långt från stödpunkten kan väga upp en stor kraft nära den, och det är precis det som gör hävstången till ett av de mest användbara redskapen människan har hittat på.

Det här lär du dig

Förklara hur en hävstång fungerar med hjälp av en stödpunkt
Beskriva varför en lätt person långt ut kan väga upp en tung person nära mitten på en gungbräda
Känna igen hävstångsprincipen i verktyg som spett, kapsylöppnare och sax
Berätta hur hävstångens princip hänger ihop med kraftmoment i gymnasiet

Begrepp att kunna

Hävstång: En stång som vilar mot en stödpunkt och gör det lättare att lyfta eller flytta något tungt.
Stödpunkt: Den fasta punkten som en hävstång vilar mot och vrider sig kring, till exempel mitten på en gungbräda.
Kraftarm: Avståndet från stödpunkten till den plats där du själv trycker eller drar på hävstången.
Lastarm: Avståndet från stödpunkten till lasten, det föremål du vill lyfta eller flytta med hävstången.
Kraftmoment: Ett mått på hur mycket en kraft vrider något kring en stödpunkt. Det blir större ju större kraften är och ju längre från stödpunkten den verkar, och i gymnasiet räknar man på det.

Vanliga svårigheter

Tror att bara styrka avgör vem som väger mest på en gungbräda

Barn tänker ofta att den som är starkast eller tyngst alltid trycker ner sin sida. I själva verket räcker det med att sitta längre ut från stödpunkten för att en lätt person ska väga upp en mycket tyngre person. Avståndet till stödpunkten är precis lika viktigt som tyngden själv.

Ser inte att gungbrädan, spettet och saxen bygger på samma idé

En gungbräda ser inte ut som ett spett eller en sax, så det är lätt att missa att de är samma sorts verktyg. Alla tre har en stödpunkt som de vrider sig kring, och i alla tre gör avståndet från stödpunkten att en liten kraft kan få stor effekt. Att se mönstret gör det lättare att hitta hävstänger överallt omkring sig.

Tror att stödpunkten alltid måste sitta mitt emellan

På en gungbräda sitter stödpunkten i mitten, men det gäller inte alla hävstänger. I ett spett som lyfter en sten sitter stödpunkten nära stenen, inte i mitten av spettet. I en kapsylöppnare sitter stödpunkten längst ut i ena änden, där öppnaren vilar mot kapsylen. Var stödpunkten sitter beror helt på vad verktyget är byggt för att göra.

I verkligheten

Två barn med olika vikt sitter på en gungbräda och lyckas ändå få den att gunga jämnt

Det lättare barnet sitter längre ut från stödpunkten i mitten än det tyngre barnet. Det extra avståndet gör att det lätta barnets kraft räknas lika mycket som det tunga barnets, trots att de väger olika mycket.

Du använder en kapsylöppnare för att få loss kapsylen från en glasflaska

Stödpunkten är där öppnaren vilar mot kapsylens ovansida. Handtaget, som du trycker på långt från denna stödpunkt, gör att även ett litet tryck från handen räcker för att lyfta av kapsylen, vilket annars skulle krävt mycket mer kraft med bara fingrarna.

Tips

Testa en gungbräda själv och flytta dig längre ut eller längre in medan en kompis sitter kvar. Känn hur mycket avståndet från mitten påverkar hur lätt eller svårt det blir att få gungbrädan att tippa.
Leta efter stödpunkten i vanliga verktyg hemma: en nötknäppare, en kapsylöppnare, en sax. Fråga dig var stödpunkten sitter och varför just den platsen gör verktyget lättare att använda.
Vill du gå vidare: fundera på att det inte bara är hur tungt något är som spelar roll, utan också hur långt bort från stödpunkten det sitter. I gymnasiet får den kombinationen ett eget namn, kraftmoment, och ett eget räknesätt.

Testa dig själv

1. Två barn sitter på en gungbräda, ett lätt och ett tungt. Var bör det lätta barnet sitta för att gungbrädan ska gå jämnt, nära mitten eller långt ut? Förklara varför.

Det lätta barnet bör sitta långt ute från stödpunkten i mitten. Ju längre ut man sitter på en hävstång, desto större verkan får den egna tyngden, så ett längre avstånd kan kompensera för en mindre tyngd. Sitter det lätta barnet nära mitten i stället räcker dess tyngd inte till för att väga upp det tunga barnet.

2. Varför är det lättare att öppna en flaska med en kapsylöppnare än att bända upp kapsylen med bara fingrarna?

Kapsylöppnaren är en hävstång med stödpunkten där öppnaren vilar mot kapsylens ovansida. Handtaget du trycker på sitter långt från stödpunkten, medan själva lyftet mot kapsylen sker nära stödpunkten. Det gör att ditt tryck på handtaget får en mycket större effekt vid kapsylen än om du hade försökt lyfta den direkt med fingrarna.

3. En plåtsax har korta blad och långa handtag. Var sitter stödpunkten, och varför gör konstruktionen det lättare att klippa?

Stödpunkten sitter vid skruven som håller ihop saxens båda delar, mellan handtag och blad. Eftersom handtagen är långa jämfört med avståndet från stödpunkten till bladens spets, räcker ett litet tryck från handen för att ge en mycket större kraft vid den punkt där bladen möter plåten.

Ur kursplanen

Fysik åk 1–3 · Kraft och rörelse
Tyngdkraft, tyngdpunkt, jämvikt, balans och friktion som kan upplevas och observeras vid lek och rörelse.
Fysik åk 4–6 · Fysiken i naturen och samhället
Krafter och rörelser som kan observeras och mätas i vardagssituationer.
Fysik nivå 1a1 · Krafter och rörelse
Vridmoment för att beskriva jämviktstillstånd.
Fysik nivå 1b · Krafter och rörelse
Vridmoment för att beskriva jämviktstillstånd.

Källa: Skolverket, centralt innehåll.

Leder vidare till

Träna vidare – gratis

Det här ämnet har inga egna träningsuppgifter än. De här närliggande ämnena har lösta exempel och uppgifter som anpassar sig efter dig: