2.4.6 Constructies: stevigheid en stabiliteit

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 3

2.4.6 Constructies: stevigheid en stabiliteit

Je kunt bij het ontwerpen van een product uitleggen hoe je stevigheid en stabiliteit kunt realiseren door gebruik te maken van profielen, driehoeksconstructies, bogen, brede basis en je keuzes relateren aan de vorm en functie van het product

CONSTRUCTIES

een constructie is uit meerdere onderdelen samengesteld.

Constructies hebben een functie.

Functie bepaald vorm en materialen. 

Waarom zie je altijd driehoeken terug in constructies?

1. omdat mensen dat mooier vinden
2. omdat driehoeken het meest vormvast zijn
3. omdat drie hoeken makkelijker te tellen zijn
4. omdat driehoeken goedkoper zijn

Welke kracht zie je hier?

1. trekkracht
2. drukkracht
3. wringkracht
4. buigkracht

Hieronder zie je twee blokken. Stel je voor dat je er vanaf de zijkant met je vinger tegenaan duwt, welk blok valt dan eerder om? Sleep de tekst naar het juiste blok.

valt snel om

valt niet snel om

Grondvlak en steunpunten

• Grondvlak: het gedeelte van het blok wat contact maakt met de grond
• Steunpunt: hoekpunt van het grondvlak

Blok A heeft het kleinste grondvlak, en de steunpunten liggen het dichtst bij elkaar. Daarom valt hij sneller om.

Welk blok valt eerder om?

1. A
2. B

Zwaartepunt

• Een homogeen voorwerp is een voorwerp waarbij het gewicht eerlijk en gelijk verdeeld zit. Het zwaartepunt zit dan in het midden. 
• Bij A zit het zwaartepunt keurig in het midden (rood stipje)
• Bij B zit het zwaartepunt lager omdat het blok daar breder is

Hoe hoger het zwaartepunt van een voorwerp, hoe eerder het omvalt!

zwaartepunt

Het zwaartepunt = het aangrijpingspunt van de zwaartekracht

De zwaartekracht werkt vanuit het zwaartepunt.

Deze voorwerpen zijn niet homogeen verdeelt, bij de hamer weet je dat de kop veel zwaarder weegt bij de steel. Hierdoor verschuift het zwaartepunt richting de kop van de hamer.

Omvallen

Een voorwerp valt om als het zwaartpunt buiten de steunpunten valt. 

(centre of mass = aangrijpingspunt

Weight = zwaartekracht)

Je hebt drie blikjes cola; het 1e blikje zit nog vol, het 2e blikje heb je half leeg gedronken en de laatste is helemaal leeg.

Leg uit welk van de blikjes het meest stabiel is.

"krachten in brugconstructies"

Fundering

Als je een blokje een stukje ingraaft, zal deze steviger blijven staan. Hoe dieper je hem ingraaft, hoe steviger dit is. Bij gebouwen gebeurd dit vaak; de fundering.

DRUKKRACHT

TREKKRACHT

Trekkrachten: 

touw, kettingen,kabels

Drukkract en trekkracht: 

palen, stangen, staven

Maximale belasting: 

maximale kracht waar een constructie tegen bestand is

Kan een fiets een constructie zijn van kabels in plaats van stangen?

1. Nee, want een fiets is nooit een constructie
2. Nee, want met kabels zou de fiets doorzakken
3. Ja, want kabels kunnen trekkracht opvangen
4. Ja, want kabels kunnen drukkracht opvangen

Hoe zou het komen dat de brug kapot ging?

Bouwwerken en krachten

Een brug, maar ook andere bouwwerken, moeten sterk en stevig zijn. Anders kan het instorten. Ze hebben met verschillende krachten te maken. 

Sterk en stevig

Door na te denken over de vormen en het materiaal die je gebruikt in een constructie, kun je een bouwwerk sterk en stevig maken. 

Een driehoek is bijv. sterker dan een vierkant of rechthoek.

VORMVAST?

een dak of een brug mag niet instorten. Je fiets mag niet breken of verbuigen.

Een constructie moet vormvast zijn, dat betekent dat de deze niet van vorm verandert als je er krachten op uitoefent.

Vierhoeken zijn niet vormvast, maar als je er een diagonaal in plaatst, verdeel je de vierhoek in twee driehoeken.
Driehoeken zijn stevig en vormvast.

• Een constructie met driehoeken maakt een constructie sterk. Dat heet een vormvaste constructie

  

Profielen

Een manier om een constructie stevig te maken is door profielen te gebruiken. Profielen zijn stroken of balken met een bepaalde vorm die een constructie licht en sterk maken.

Je hebt ronde en vierkante profielen, maar ook hoek- (of L), U-, H- of T-profielen. 

Lichte constructies

• Massief stalen balken zijn zwaar en sterk. 

• Profielen behouden sterkte maar deze zijn lichter omdat deze van minder materiaal worden gemaakt
  

• Profielen worden benoemd naar vorm. 

Lichte constructies

Sleep de juiste naam naar de profielen

H-profiel

Koker

U-profiel

T-profiel

Voorbereiding 

• Maak van één strook het U-profiel A. Maak van de tweede strook U-profiel B. De maten bij de tekeningen zijn in millimeters.      Ril met een schaar de vouwlijnen. 
• Uitleg over rillen: https://www.youtube.com/watch?v=i3yQAQiCqB8 (Rillen heet ook wel ritsen)

Constructies

Naast gebruik te maken van profielen kun je een bouwwerk ook sterk maken door de soort constructie die je gebruikt. 

Bruggen hebben veel verschillende soorten constructies. 

Wat is de functie van een brug?

De eerste brug

De eerste bruggen zijn ontstaan door de natuur. Dit waren omgevallen bomen of stenen die over/in het water lagen. 

Dit waren de eerste ligger-/plaatbruggen. 

Ligger- of plaatbrug

Waarom kan een ligger- of plaatbrug niet overal?

Boogbrug

Hangbrug

Tuibrug

Vakwerkbrug

Wat voor soort brug is dit?

1. Boogbrug
2. Tuibrug
3. Hangbrug
4. Ligger-/plaatbrug

Wat voor soort brug is dit?

1. Boogbrug
2. Tuibrug
3. Hangbrug
4. Ligger-/plaatbrug

Wat voor soort brug is dit?

1. Boogbrug
2. Tuibrug
3. Hangbrug
4. Ligger-/plaatbrug

Leerdoel 1: Oorzaken noemen voor het omvallen van een constructie

Noem de oorzaken die je hebt geleerd.

Welke veiligheidsonderdeel zal de kracht die je tijdens een botsing op je lichaam ervaart
niet verminderen?

1. Gordel
2. Kreukelzone
3. Kooi constructie
4. Airbag

Waarom zit er GEEN kreukelzone op de plaats van de inzittenden?

1. omdat dat goedkoper is
2. omdat dat beter uitziet na een botsing
3. omdat daar ook al airbags zitten
4. omdat de plaats van de inzittenden juist NIET mag vervormen

Verbindingstechnieken

• Lassen
• Puntlassen
• Klinken
• Bout en moer
• Schroeven
• Lijmen
• Timmeren