H14 GT Werktuigen

• Natuurkunde
• Praktijkonderwijs
• Leerjaar 4

H14 Werktuigen

Planning deze week: 

H14.1 (werken met hefbomen) en H14.2 (hefboom en zwaartekracht)

Volgende week:

H14.3 (katrollen en takels) en H14.4 (Druk)

Over twee weken:

Herhaling H10 + H14 + Oefentoets

PTA H10 + H14 (11 nov)

Vandaag

Voorbeelden van Hefbomen?

Leerdoelen van Hefbomen

2 filmpjes en daarna 2 opgaven klassikaal

Practicum: Proef 1 p. 121

Leerdoelen H14.1 werken met Hefbomen

• Je kunt uitleggen wanneer een hefboom in evenwicht is.

• Je kunt berekeningen uitvoeren met het moment, de kracht en de arm van een hefboom.

• Je kunt herkennen of een werktuig een enkele of een dubbele hefboom is.
  

Voorbeelden
Hefbomen?

Werken met hefbomen

• Door de verhouding in de hefboom => lange arm kost weinig kracht en korte arm kost veel kracht 
• Hefboomregel;  Werkarm N keer zo groot als lastarm <=>                                                 dan is de last N keer zo groot als de werkkracht

• GT:  M1 = M2  =>  F1 x l1 = F2 x l2  (M = moment in de eenheid Nm)
  

                                          

Hoe groot is het moment? M = F x l

Hoe groot is de kracht op de dop.

Proef 2 Voorspel en controleren

Lees het practicum goed door en ga aan de slag, voorspel, ontdek en controleer je zelf! 

(p. 122)

Conclusie Proef 2

• Hefboomregel;  Werkarm N keer zo groot als lastarm <=>                                                dan is de last N keer zo groot als de werkkracht

• Formule:          F1 x l1 = F2 x l2  
  

                                          

En nu de theorie toepassen

Maak online "test jezelf" van H14.1

Maak opgaven H14.1

14.2 Hefbomen en zwaartekracht

Leerdoelen

• Ik kan uitleggen en aangeven wat het massamiddelpunt/zwaartepunt van een voorwerp is.

• Ik kan de berekeningen uitvoeren  met de momentenwet en daarbij ook de zwaartekracht op de hefboom meerekenen.

Vandaag

• Herhaling van paragraaf 14.1

• massamiddelpunt/zwaartepunt
  
• uitleg hefbomen en zwaartekracht
  
• stappenplan momentenwet
  
• Voorbeeld opgaven

Wat is de eenheid van moment?

1. Newton [N]
2. meter [m]
3. Newtonmeter [Nm]
4. Newton per meter [N/m]

het moment links is
....?

1. 60 Nm
2. 60 N
3. 60 m
4. 0,006 Nm

Teun bakt lekkere patat.
Eerst moeten natuurlijk de aardappelen gesneden worden met een patatsnijder. Door een hefboom naar beneden te drukken wordt de aardappel door een rooster met messen geduwd.
Teun drukt de hefboom met een kracht van 20 N naar beneden.
Maak de zin compleet.
De kracht op de aardappel is ... 20 N.

1. kleiner dan
2. gelijk aan
3. groter dan

massamiddelpunt/zwaartepunt

Het aangrijpingspunt van de 

zwaartekracht (Fz) ligt midden in 
het voorwerp, als dit voorwerp overal even zwaar is.

Dit noem je het massamiddelpunt oftewel zwaartepunt

Stappenplan hefboomregel en zwaartekracht

• Zoek het draaipunt en noteer een stip.
• Zoek de krachten. (bv zwaartekracht, spierkracht)
• Verleng eventueel de werklijnen waarover de kracht werkt.
• Zoek beide armen. (kortste en loodrechte lijn van werklijn naar draaipunt)
• Pas de momentenwet toe. (M1 = M2  =>  F1 x l1 = F2 x l2)

                   Schrijf dit stappenplan op (& leer uit je hoofd) en pas toe op de                                volgende slides.

1: draaipunt zit middenin het wiel. 

2. Beide krachten zijn ingetekend. Rode pijl is zwaartekracht.

3. Spierkracht (blauwe pijl) verleng je met werklijn.

4. Armen zijn 20 cm en 100 cm. 

5. De spierkracht is  5 x kleiner, omdat de arm rechts 5 x groter is dan links. 

Zwaartekracht wil naar de grond trekken: met klok mee draaien.

Spierkracht werkt omhoog: tegen klok in draaien.

  F   x    l   = Moment

Gebruik de momentenwet om kracht in de kabel (F1) uit te rekenen. 

1. Waar zit het draaipunt:

• Bij A zit het draaipunt. 

2. Waar zit het massamiddelpunt?

• Z is het massamiddelpunt.

Er is evenwicht dus geldt: 

                         M1 = M2

•               F1 x l1 = F2 x l2
•               F1 x l1 = m2 x g x l2
•          F1 x 2,50 = 800 x 10 x 1,00
•           F1 x 2,50 = 8000 
•           F1 = 8000 : 2,50 = 3200 N
  
• De kracht in de kabel, F1, moet dus 3,2 kN zijn.

Bereken de benodigde kracht (Fs in kN)                       van de hijskraan

Doe dit zelf met het stappenplan.

Gegevens:

Gevraagd:

Formule:

Uitwerking:

Antwoord:

Gegevens        F_z = 2,5 kN

                          l₁   = 1,1 m

                          l₂  = 2,9 m

 Gevraagd       F_s = ? kN

Uitwerking:        F₁ x l₁ = F₂ x l₂

                         2,5 x 1,1 = F2 x 2,9

                              2,75 = F2 x 2,9

                                 F2 =  2,75 : 2,9 

  Antwoord:          F2 = 0,95 kN

                            

En nu toepassen

Dit was alle stof van paragraaf 2. 

Het lijkt eigenlijk op de vorige les alleen zijn de plaatjes net wat ingewikkelder.

Maak nu de opgaven van H14.2 

Kijk ze zelf na en zorg dat je ze snapt, anders via teams vragen!

Stappenplan hefboomregel en zwaartekracht

• Zoek het draaipunt en noteer een stip.
• Zoek de krachten. (bv zwaartekracht, spierkracht)
• Verleng eventueel de werklijnen waarover de kracht werkt.
• Zoek beide armen. (kortste en loodrechte lijn van werklijn naar draaipunt)
• Pas de momentenwet toe. (M1 = M2  =>  F1 x l1 = F2 x l2)

                   Schrijf dit stappenplan op (& leer uit je hoofd) en pas toe op de                                volgende slides.

Krachten en werktuigen

• Door de verhouding in de hefboom => lange arm kost weinig kracht en korte arm kost veel kracht 
• Hefboomregel;  Werkarm N keer zo groot als lastarm <=>                                                 dan is de last N keer zo groot als de werkkracht

• GT:  M1 = M2  =>  F1 x l1 = F2 x l2 ; m1 x g x l1 = m2 x g x l2 (M = moment ; m = massa)
  

                                          

Oefen met PhET

https://phet.colorado.edu/sims/html/balancing-act/latest/balancing-act_nl.html

Opgave GT:

Wat is de massa van het pakketje?

Gegevens:

m1 = 20 kg ; l1 = 3 ; l2 = 6

Gevraagd:

m2 = ? kg

Formule: 

•              M1 = M2
•        F1 x l1 = F2 x l2
• m1 x g x l1 = m2 x g x l2

Uitwerking:

• 20 x 10 x 3 = m2 x 10 x 6
• 600 = m2 x 60
• m2 = 600 : 60 = 10 kg

Antwoord:

•  De massa van pak D is 10 kg

H14.3 Katrollen en takels

Waarom een katrol?

• maakt tillen makkelijker 

Verschil Katrol en Takel?

• Een takel is een combinatie van                                           twee of meer katrollen 
• => kracht wordt verdeeld

Leerdoelen

• Je kunt het verschil tussen vaste en losse katrollen beschrijven.
• Je kunt uitleggen hoe de kracht bij een takel verminderd kan worden.
• Je kunt voor een takel het verband uitleggen tussen het aantal touwen waaraan een voorwerp hangt, de grootte van de hijskracht en de grootte van de hijsafstand.

De vaste katrol

Een vaste katrol zit VAST

Een vaste katrol draait de kracht om =>

• Richting veranderd én de
  
• grootte v/d kracht veranderd NIET
  

De losse katrol

• Einde touw zit vast!

• Een losse katrol maakt ons sterker.

• De last wordt verdeeld over het aantal touwen waaraan de katrol hangt

Nadeel?

Takel

Combinatie van twee of meer katrollen (vast en los)

Voordeel:

• De last wordt verdeeld over de touwen 

Nadeel:

• Wat je wint aan kracht, verlies je aan afstand; Dus 1 meter omhoog => 2 meter touw inhalen

Uit hoeveel losse katrollen bestaat deze takel

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4

Je ziet maar de helft van een takel met 6 katrollen er lopen 12 kabels omhoog.
Stel de lastkracht is 1200kN.
Wat is de werkkracht?

1. 100 kN
2. 109 kN
3. 200 kN
4. 1200 kN

Een takel verandert de richting van een kracht altijd

1. Juist
2. Onjuist

Samenvatting

• Een takel is een combinatie van minstens 1 vaste en 1 losse katrol.  
• Een vaste katrol is zo vastgemaakt dat hij niet meer op en neer kan bewegen. 
• Een losse katrol beweegt op en neer, samen met het voorwerp dat wordt opgehesen. 
  

• Als het voorwerp aan "n" stukken touw hangt, wordt de hijskracht "n" keer zo groot en de hijsafstand "n" keer zo klein

En nu de theorie toepassen

Maak opgaven H14.3

Maak "test jezelf" H14.3

Proef 4: Katrol en Takel

Lees de tekst goed door (p. 124)

Planning

Korte samenvatting Katrol en takels

Instructie H14.4 Druk

Volgende week:

Maken en bespreken oefentoets

PTA H10 Krachten en H14 Werktuigen

H14.3 katrol en takels

• Wat is een verschil tussen een katrol en een takel?
• Wat is een verschil tussen losse en vaste katrol
  
• Wat wordt de hijskracht, hijsafstand en hoeveel touw moet ik inhalen als het voorwerp aan "n" stukken touw hangt?

H14.4
Druk

H14.4 Druk

• De grootte van de kracht
• Het oppervlakte waar de kracht op werkt.

Leerdoelen Druk

1. Ik kan de druk op een ondergrond berekenen. 

2. Ik kan de eenheden van druk en het oppervlakte omrekenen. 

3. Ik kan beredeneren wat er gebeurt met de druk op een ondergrond.

Bespreken opgaven hefbomen toevoegen

Voorbeelden van Druk in de natuurkunde

Druk berekenen:

druk hangt af van kracht en oppervlakte 

kracht

Kracht (F) berekenen je met de volgende formule:

F = m x g 

F = kracht in Newton (N)

m = massa in kilogram (kg)

g = valversnelling in newton per kg (N/kg), deze is op aarde altijd 10 N/kg

eenheden

De druk kan je berekenen in verschillende eenheden.

1 Pa = 1 N/m2

Opdracht 1

Gegevens:

• A (totaal) = 45 x 2 = 90 cm2  
• m (totaal) = 175 + 90 = 265 kg
• g = 10 N/kg

Gevraagd:

• p = ? N/cm2

Formule:

• p = F : A     ;   Fz = m x g

Uitwerking:

• Fz = 265 x 10 = 2650 N
• p = 2650 : 90 = 29,4 N/cm2

Antwoord: 

• De druk op wegdek is 29,4 N/cm2

Wat is de formule voor druk in woorden?

1. Druk = kracht/ oppervlakte
2. Druk = oppervlakte / kracht
3. Druk = kracht x oppervlakte
4. Druk = oppervlakte x kracht

Eric is 66 kg. De zolen van zijn schoenen hebben elk een oppervlak van 300 cm2. Hoe groot is de druk die Eric op de grond uitoefent als hij met beide schoenen op de grond staat? Schrijf de berekening op.

Bij een vrachtwagen voor zwaar transport mag ieder wiel met maximaal 18 kN belast worden.
De vrachtwagen moet een groot betonnen onderdeel voor een brug vervoeren.
Het onderdeel heeft een massa van 50 ton (50 000 kg). Daarvoor gebruiken ze een vrachtwagencombinatie met een groot aantal assen. Aan iedere as zitten vier wielen.
Hoeveel assen moeten er ten minste aan deze vrachtwagencombinatie zitten?

En nu de theorie toepassen

maak de opgaven van H14.4

Controleer de opgaven van H14.3

0

0