Wenn während der Fahrt ein Reifen eines Autos defekt wird, stoppt der Fahrer, um den Reifen zu wechseln, und dazu muss das Auto angehoben werden. Ein Auto wiegt etwa eine Tonne, ein großer LKW mehrere Tonnen – ein Mensch kann das Auto unmöglich anheben. Der Fahrer holt jedoch eine Wagenheber aus dem Werkzeugkasten des Autos und hebt das Auto mühelos an. Wie kann ein so kleiner Wagenheber eine so große Kraft entwickeln? Nach welchem Prinzip funktioniert er?
Um ein schweres Objekt vertikal anzuheben, muss die Kraft, die auf das Objekt ausgeübt wird, größer oder gleich der Gewichtskraft des Objekts sein. Es ist jedoch viel einfacher, ein schweres Objekt mit einer Schräge nach oben zu schieben. Je kleiner der Winkel der Schräge ist, desto geringer ist die Reibung zwischen der Schräge und dem Objekt, und desto weniger Kraft wird benötigt. Daher werden beim Beladen eines LKWs häufig schiefe Rampen hinter dem LKW aufgestellt, um das Beladen zu erleichtern. Wenn man das schwere Objekt dann auf der Schräge nach oben schiebt und dann loslässt, würde das Objekt nicht auf der Schräge herunterrutschen? Das wäre doch kontraproduktiv! Wenn die Schräge steil genug ist, ist dies durchaus möglich. Wenn die Schräge jedoch einen geringeren Winkel hat, ist die Gewichtskraft, die auf die Schräge einwirkt, gleich der Reibungskraft zwischen dem Objekt und der Schräge, und das Objekt rutscht ohne zusätzliche Kraft nicht herunter. Dieses Phänomen wird als „Selbsthemmung“ bezeichnet. Dieser Prinzip wird auch im täglichen Leben angewendet, z. B. beim Aufstellen von Stützen in Tunneln, wo Keile verwendet werden, um die Stützen anzuheben. Solange die Bedingungen für die Selbsthemmung erfüllt sind, rutscht die Stütze nicht auf der Schräge herunter.
Der Bau einer Schräge erfordert viel Platz, der in der Regel weder im Alltag noch auf Baustellen zur Verfügung steht. Wir können die Schräge um eine vertikale Achse aufrollen, sodass eine Spirale entsteht, die praktisch einer schmalen Schräge im Inneren eines Gebäudes entspricht. Die Gewinde, die wir normalerweise sehen, sind solche Spiralen, wobei der Winkel des Gewindes ebenfalls die Selbsthemmung erfüllen muss. Wenn sich eine Schraube in einer Mutter dreht, bewegt sich ein Objekt auf einer Schräge, wobei der Antrieb durch ein Moment ersetzt wird. Die Struktur eines Wagenhebers entspricht einer aufgerollten Schräge. Seine Basis ist eine große Mutter, und der Hubstößel ist eine Schraube. Der Hubstößel ist mit einem langen Griff verbunden, wobei hier wieder das Hebelprinzip aus der Physik zum Tragen kommt. Wenn wir den Griff an beiden Enden drehen, um mit einem nicht allzu großen Moment den Hubstößel zu drehen, entsteht am oberen Ende ein starker Hubkraft, und das Auto wird mühelos angehoben.
Es gibt viele verschiedene Arten von Wagenhebern, aber das Funktionsprinzip ist im Grunde das gleiche. Es gibt auch hydraulische Wagenheber, die auf dem Prinzip der Hydraulik basieren.