5 Kracht en beweging

• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• vmbo b, k, t
• Leerjaar 2,3

Krachten herkennen

Een kracht kan voorwerpen vervormen.

Soms tijdelijk (de bespanning van een tennisracket)

Soms blijvend

Een kracht kan een voorwerp in beweging brengen

Een kracht kan de beweging van een voorwerp veranderen.

(grootte en/of richting)

• Krachten zijn onzichtbaar .....
  
  
• ... we zien enkel de gevolgen ervan

Soorten krachten

Spierkracht

Veerkracht

Spankracht

Wrijvingskracht

Magnetische kracht

Elektrische kracht

Zwaartekracht

Welke kracht werkt op afstand?

1. spankracht
2. zwaartekracht
3. veerkracht
4. windkracht

Waarbij is wrijvingskracht nodig?

1. fietsen
2. remmen
3. een bocht nemen
4. A, B en C

Op de maan is:

1. geen zwaartekracht
2. de zwaartekracht kleiner dan op aarde
3. de zwaartekracht groter dan op aarde
4. de zwaartekracht even groot als op aarde

Wat is de eenheid van kracht?

1. paardekracht
2. Newton
3. Einstein
4. kilogram

Eenheid van kracht

• De eenheid van kracht is de Newton (N)
  
  
• De kracht waarmee de aarde aan een massa van 1 kilogram trekt is 10 Newton (9,81)
  
  
• Als je iemand vraagt: "Wat weeg jij?"
• Kun je als antwoord krijgen: "120 kilo"
  
  
• Fout!!!!
  
  
• De massa is dan 120 kilogram
• Het gewicht: 120 x 10 = 1200 Newton

• Op de maan zou deze man nog steeds 120 kilogram zijn maar slechts 200 Newton
  
  
• De maan trekt 6x minder hard aan een voorwerp dan de aarde

Krachten meten

• Krachten meet je door te kijken hoe ver een veer wordt uitgetrokken (of ingedrukt)
  
  
• Ieder veer rekt anders uit maar ........
  
  
• .... voor ieder veer geldt:
  Twee keer zo ver uitrekken betekent ook
  een twee keer zo grote kracht
  
  
  

Experiment

Massa en zwaartekracht zijn hetzelfde

1. waar
2. niet waar

zwaartekracht en gewicht zijn hetzelfde

1. waar
2. niet waar

De massa van een voorwerp is op aarde even groot als op de maan

1. waar
2. niet waar

Het gewicht van een voorwerp is op de maan even groot als op aarde

1. waar
2. niet waar

Op aarde geldt dat op een massa van 1 kilogram een zwaartekracht werkt van 9,81 Newton

1. waar
2. niet waar

Een balans werkt op de maan even goed als op de aarde

1. waar
2. niet waar

Massa meet je met een balans, zwaartekracht met een veerunster

1. waar
2. niet waar

Meerdere krachten

• Als je met z'n tweeën bent ben je sterker ....
• ... lever je meer kracht!
  
  
• Is dat altijd zo
  
  
• Krachten mag je alleen optellen als ze precies dezelfde kant op werken
  
  
• Als krachten tegengesteld werken moet je de kleinste kracht aftrekken van de grootste.
• Dan blijft er een nettokracht over
  
  
• In dit geval is Krachthonksmurf de winnaar.

Maar wat nu

• De twee sleepboten werken samen, maar ......
• ... trekken ze allebei in precies dezelfde richting?
• Mogen we de krachten gewoon optellen?
  
  
• Nee, bij een kracht is niet alleen de grootte maar ook de richting van belang.
• Net als bijvoorbeeld bij verplaatsing
• Of je 1000 km naar het noorden gaat (brrr) of naar het zuiden (pff) dat scheelt nogal
• Zulke grootheden noemen we vectoren
  
  
• Animatie

Bij het optellen van krachten moet je niet alleen naar de grootte kijken maar ook naar de richting

1. waar
2. niet waar

Jan trekt met een kracht van 100N. Piet met een kracht van 200N.

1. samen leveren ze dan 300N
2. samen leveren ze dan 100N
3. samen leveren ze dan een kracht tussen 100 en 300N
4. daar kun je helemaal niets over zeggen

Krachten moet je optellen als vectoren

1. waar
2. niet waar

Snelheid

• Snelheid is een samengestelde grootheid
• je moet daarvoor weten ....
• .... de afstand die afgelegd wordt en ....
• ... de tijd die daarvoor nodig was.
  
  
• Karel rijdt met zij auto van Groesbeek naar Utrecht
• dat is 101 kilometer
• hij doet er een uur en 20 minuten over
  
  
• Zijn snelheid is dan
• 101 kilometer in een 1,33 uur
• 101 : 1,33 = 76 km/uur

Snelheid (2)

• Daphne loopt de 100 meter op de OS
• Haar winnende tijd is 10,48 seconden (WR)
• Wat is haar snelheid?
  
  
• 100 meter in 10,48 seconden is
• 100 : 10,48 = 9,54 m/s
  
  
  
• Is dit haar topsnelheid?
• Nee
• ze moet in het begin op gang komen
• dan gaat ze langzamer
• aan het eind moet ze dus harder
  
  
• haar gemiddelde snelheid is dus ..
• 9,54 m/s

Snelheden omrekenen

• wat is harder?
• 10 km/uur of 10m/s?
  
  
  
• 10 km in 1 uur =
• 10.000 meter in 1 uur =
• 10.000 m in 3600 seconden =
  
  
• 10.000 : 3600 = 2,77 meter per seconde
  
  
• 10 m/s is dus harder dan 10 km/u
  
  
  
  
• dus

Snelheid in een grafiek

• de grafiek hiernaast gaat over een beweging.
• We kunnen aan de hand van deze grafiek een aantal vragen beantwoorden.
  
  
• Hoe lang duurt de beweging?
• Wat is de maximale snelheid?
• Wat gebeurt er tijdens de eerste 1,5 seconde?
• Wat gebeurt er tijdens de laatste 3 seconden?
  
  
• .. en ook nog een paar moeilijke
• Wat is de gemiddelde snelheid in de laatste 3 seconden?
• Hoeveel meter is in totaal afgelegd?

Rekenen met snelheid

Afstand

Snelheid

Tijd

• Hiernaast zie je een afdekdriehoek
  
  
• De formule luidt:
• Afstand = Snelheid x tijd
• Dat past maar op één manier in het driehoekje

Wil je de afstand uitrekenen leg dan je hand daarop.

De rekenmethode blijft staan:

Snelheid x Tijd

Snelheid uitrekenen:

Afstand : Tijd

Tijd uitrekenen kan natuurlijk ook:

Afstand : Snelheid

Om de snelheid te bepalen moet je weten ....

1. de afstand en de richting
2. de richting en de tijd
3. de afstand en de tijd
4. de afstand de tijd en de richting

Het verband tussen snelheid (v) , afstand (s) en tijd (t) wordt gegeven door

1. s = v x t
2. v = s : t
3. t = s : v
4. A, B en C zijn alle drie goed

Het verband tussen snelheid (v) , afstand (s) en tijd (t) wordt gegeven door

1. s = v : t
2. s = v x t
3. v = s x t
4. t = v:s

Verkeer en veiligheid

• In het verkeer worden allerlei maatregelen getroffen om het zo veilig mogelijk te maken.

• valhelm
• veiligheidsgordels
• airbag
• kreukelzone
  
  
• Al deze maatregelen zorgen ervoor dat de botsing langer duurt, waardoor de kracht kleiner wordt.
  
  
• kooiconstructie
  
  
• ABS (anti blokkeer systeem)
  
  
• Hoofdsteunen

kreukelzone en kooiconstructie

airbag

hoofdsteun

Maatregelen die de krachten verkleinen

Andere veiligheidsmaatregelen

reactieafstand, remweg en stopafstand

1. we maken een snelheid-tijd diagram
2. Je rijdt met een  beginsnelheid.
   gedurende de reactietijd rijd je door
   met die beginsnelheid.
3. De afstand die je in die tijd aflegt is
   de reactieafstand.
   s = v_b x t, dus:
   reactieafstand = beginsnelheid x reactietijd
4. Tijdens het remmen neemt de snelheid af.
   De afstand die je tijdens de remtijd aflegt
   is de remweg.
   Tijdens het remmen geldt dat de gemiddelde
   snelheid de helft van de beginsnelheid is.
   Dus:
   s = 1/2v_b x t
5. De stopafstand = reactieafstand + remweg

1

2

3

4

... nu met getallen .........

1

2

1. We maken weer een snelheid-tijd diagram
2. je rijdt met een beginsnelheid van 10 m/s
   en je reactietijd is 0,6 s
3. De reactieafstand kun je dan berekenen:
   s_reactie = v_begin x t_reactie dus:
   reactieafstand = 10m/s x 0,6s = 6m.
4. Je staat stil na 1,2 s.
   De remtijd is dus: 1,2 - 0,6 = 0,6s
   De gemiddelde snelheid tijdens remmen:
   10m/s : 2 = 5m/s
5. De remweg kun je dan berekenen:
   s_rem = v_gem x t_rem
6. Remweg = 5m/s x 0,6s = 3m
   
   
7. de stopafstand = 6m + 3m = 9m

3

4

Wat bepaalt je stopafstand?

het weer

het wegdek

je reactietijd

Heeft invloed op de stopafstand

Heeft geen invloed op de stopafstand

je remmen

tijdstip

ouderdom auto

ABS systeem

je snelheid