3 - (v,t)-diagram

• Science
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 2

Beweging

(v,t)-diagram

Leerdoelen

Aan het eind van de les kan je...

... een (v,t)-diagram herkennen

... bepalen om welk soort beweging het gaat in het (v,t)-diagram

00:07

(v,t)-diagram van Tesla Model 3

Een van onderstaande (v,t)-diagrammen geeft een representatie van de versnelling van de Tesla auto.

00:30

Hoe ziet het verloop van de snelheid tegen de tijd eruit voor de versnelling naar 100 km/h?

1. A
2. B
3. C
4. D

Tesla auto

Hiernaast zie je het werkelijke (v,t)-diagram van de Tesla auto uit het filmpje. Je herkent een rechte (trend)lijn in de data terug die de data het beste volgt.

Deze rechte lijn in een (v,t)-diagram is gekoppeld aan een versnelling. Wanneer een (v,t)-diagram wordt gemaakt van een object dat aan het versnellen is, is de figuur een rechte lijn.

(v,t)-diagram

Behalve met formules, kunnen we beweging ook beschrijven met diagrammen. Een (v,t)-diagram is een diagram met op de horizontale as de tijd (t) en op de verticale as de snelheid (v).

Hiernaast is een aantal beweging beschreven met behulp van dit type diagram. In A zien we een grafiek die horizontaal loopt, op de x-as. De snelheid is continu 0 m/s en verandert hier niet in de tijd. Het voorwerp staat hier dus stil. 

In B zien we een voorwerp dat zich verplaatst met een snelheid die niet verandert. Elke seconde blijft de snelheid hetzelfde, namelijk 2 m/s. We spreken hier van een constante snelheid of een eenparige beweging.

bla

(v,t)-diagram

In C zien we een grafiek die lineair oploopt. De snelheid is continu en neemt met de tijd toe, te zien aan de positieve helling. Het voorwerp is dus aan het versnellen en dus spreken we hier van een versnelling.

In D zien we een voorwerp dat zich verplaatst met een  snelheid die steeds kleiner wordt. Het voorwerp is dus aan het vertragen en hier hebben we dus te maken met een vertraging. Merk op dat de helling hier negatief is!

bla

Negatieve snelheid

Wanneer een voorwerp zich achteruit beweegt, hebben we te maken met een negatieve snelheid. Denk maar aan het opgooien van een voorwerp; eerst beweeg het in de positieve richting omhoog, vertraagt de snelheid, en valt het weer terug door te versnellen (achteruit gezien op de y-as).

In (v,t)-diagrammen betekent dit dat we gebruik moeten maken van de negatieve as. Hiernaast zien we een voorbeeld. We zien hier een voorwerp dat eerst vooruit vertraagt en daarna achteruit versnelt.

Let op! De snelheid neemt weer toe door een versnelling in tegengestelde richting. Dit is te zien aan de toename in negatieve getallen.

Gemiddelde versnelling 

Met een (v,t)-diagram kunnen we ook de versnelling bepalen. In het hiernaast staande diagram is de toename van de snelheid Δv gelijk aan 4,0 m/s. De tijdsduur Δt van de beweging is 6,0 seconden. De versnelling is dus gelijk aan:


Invullen geeft:



Omdat het hier om een constante versnelling gaat, is de gemiddelde versnelling gelijk aan de versnelling zelf.

a​gem​​=​Δt​​Δv​​

a​gem​​=​Δt​​Δv​​=​6,0​​4,0​​=0,67 m⋅s​−2​​

a​gem​​=a=0,67 m⋅s​−2​​

Gemiddelde versnelling 

In de onderstaande afbeelding is de versnelling niet eenparig. Toch kunnen we hier dezelfde formule gebruiken. We vinden in dat geval niet de versnelling die overal geldt, maar de gemiddelde versnelling:

a​gem​​=​Δt​​Δv​​=​6,0​​4,0​​=0,67 m⋅s​−2​​

0

Falcon Heavy lancering

Ook bij de lancering van de Falcon Heavy door SpaceX is er een vrij rechte trendlijn te zien in het (v,t)-diagram.

Sprong van 39 km hoogte

De sprong van Felix Baumgartner (zie afbeelding hiernaast) is op te splitsen in een aantal stukken:

- Tussen 0 - 40 s         
- Tussen 40 - 60 s       
- Tussen 60 - 200 s      
- Tussen 200 - 260 s 

Voor elk gedeelte is de (gemiddelde) versnelling uit te rekenen met de formule.

versnelling
constante snelheid
vertraging
constante snelheid

Opgaven 1-2

Opgave 1
Geef voor de volgende twee diagramen aan of het voorwerp versnelt of vertraagt. Geef ook aan of het voorwerp vooruit of achteruit beweegt.

 

Opgave 2

Schets de volgende (v,t)-diagrammen:
a. Mario gaat eerst met constante snelheid vooruit. Dan staat hij stil.

b. Mario begint langzaam te rennen met een constante snelheid. Na een tijdje versnelt hij.

c. Mario begint erg snel te rennen, maar zijn snelheid neemt telkens een beetje af. Op een gegeven moment heeft hij een snelheid bereikt waarbij hij goed kan blijven rennen. Vanaf dat moment blijft hij met een constante snelheid rennen.

d. Mario gooit zijn pet recht omhoog de lucht in. Uiteindelijk komt de pet op de grond te liggen.

e. Mario laat zijn pet uit zijn hand vallen. Uiteindelijk komt de pet op de grond terecht.

Maak een foto van je antwoorden van vraag 1-3

Opgaven 3-4

Opgave 3
Schets bij de volgende (x,t)-diagrammen het bijbehorende (v,t)-diagram:

Opgave 4

Schets bij de volgende (v,t)-diagrammen het bijbehorende (x,t)-diagram:

Maak een foto van je antwoorden van vraag 3-4