3. Krachten

• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• vmbo
• Leerjaar 3

Krachten

• Een kracht kun je niet zien
  
  
• Wat je wel ziet zijn de gevolgen .....
• youtube
  
  
• iets komt in beweging
• verandert van beweging
  (grootte en/of richting)
• verandert van vorm

Soorten krachten

spierkracht

spankracht

zwaartekracht

wrijvingskracht

veerkracht

magnetische kracht

elektrische kracht

Contactkrachten en veldkrachten

• Sommige krachten werken alleen als er contact is
  
  
• spierkracht
• wrijvingskracht
• spankracht
• veerkracht
  
  
  
  
• Andere krachten werken op afstand
  
  
• zwaartekracht
• magnetische kracht
• elektrische kracht
  
  
  
• Aardmagnetisch veld

Vectorgrootheden

Bij sommige grootheden is niet alleen de grootte maar ook de richting van belang

• een verplaatsing van 100 km naar het noorden is wat anders dan dezelfde verplaatsing naar het zuiden
  
  
  
• als je eerst 100 km naar het noorden fietst en vervolgens 100 km naar het zuiden, ben je weer gewoon in Groesbeek.
• Maar toch best wel moe ..

Vectoren optellen

• Als vectoren dezelfde richting hebben mag je ze gewoon optellen.
• Ga je eerst 100 meter naar rechts en daarna weer 100 meter naar rechts
• dan ben je in totaal 200 meter naar rechts gegaan
  
  
• Ga je eerst 100 meter naar rechts en daarna 50 meter naar links
• dan ben je in totaal 50 meter naar rechts gegaan
  
  
• Maar wat nu?
• je gaat eerst 100 meter naar rechts 
• en dan 100 meter naar boven
  
  
• Hoever ben je dan van je plaats?
• Meer dan 100 maar minder dan 200m.

Krachten optellen

• 2 vectoren

• meerdere vectoren
  
  
  
  
  
  
  
  
  
• evenwicht
  
  
• snelheid van een boot

De eenheid van kracht

• Wat is jouw gewicht?
• Anders gezegd ....
  Hoe groot is de zwaartekracht op jou?
  
• 70 kilogram?
• fout!
  
  
• kilogram is de eenheid voor massa
• voor kracht gebruiken we de Newton
  
  
• op aarde werkt op ieder kilogram een zwaartekracht van 10 Newton
  
  
• Wat is dus jouw gewicht?
• Dat kan
  700 Newton

Krachten en snelheid

Er werkt een zwaartekracht.

De auto heeft een massa van 1000kg

dus het gewicht = 10.000N

Er werkt een normaalkracht.

Deze is even groot als de zwaartekracht.

dus ook = 10.000N

Er werkt een voorwaartsekracht.

Deze wordt geleverd door de moter.

deze is bv. 4000N

Er werkt ook tegenwerkende kracht.

Deze wrijving wordt geleverd door de weg en de lucht.

deze is nu ook 4000N.

De snelheid verandert niet.

Is de voorwaartse kracht groter dan de wrijving dan zal de snelheid toenemen.

Is de wrijving groter dan de voorwaartse kracht dan zal de snelheid afnemen.

Krachten meten

• dynamometer (veerunster)
  
  
• gewicht/massa op aarde en maan
  
  
• quizz massa en gewicht

Hefbomen en momenten

• Moment tijdens het fietsen
  
  
• Hefboomprincipe
  
  
• verschillende hefbomen
  
  
• quizzz
  
  

Het moment van een kracht

Twee punten zijn belangrijk:

- het draaipunt en het

- aangrijpingspunt

1

Dan de richting en grootte van de kracht

2

De arm is de kortste verbinding tussen draaipunt en krachtvector.

De arm is dus een loodlijn op de krachtvector.

3

Als kracht en arm bekend zijn ......

4

...... kun je rekenen.

5

Een jongen (20 kilogram) zit op 2 meter van het draaipunt van een wipwap. Een volwassene (80 kilogram) zit op 0,50 meter van het draaipunt van die wipwap.

Is er evenwicht?

• Gegeven
  m_jongen= 20 kg
  m_man= 80 kg
  l_jongen= 2 m
  l_man= 0,5 m
  
  
• Gevraagd
  
• Is er evenwicht?

• Uitwerking
  
• De zwaartekracht op de jongen is:
  F_{z, jongen}= 10 × 20 = 200 N
• De zwaartekracht op de man is:
  F_{z, man}=10 × 80 = 800 N
  
  
• Het moment van de jongen is:
  
• M_linksom= F_{z, jongen} × l_jongen
  
• = 200 N × 2 m = 400 Nm
  
  
  
• Het moment van de man is:
  
• M_rechtsom= F_{z, man} × l_man
  
• = 800 N × 0,5 m = 400 Nm
  
  
  
• De momenten linksom en rechtsom zijn even groot.
• Er is evenwicht.
  
  
• Phett

Bij de kruiwagen in de afbeelding is de arm die hoort bij de zwaartekracht 0,37 m. 

De arm die hoort bij de spierkracht is 1,48 m. 

De kruiwagen met inhoud heeft een massa van 80 kilogram.

Bepaal de kracht die je nodig hebt om de kruiwagen te tillen 

zodat je ermee kunt rijden.

• Gegeven
  m_kruiwagen= 80 kg,  l_linksom= 1,48 m,  l_rechtsom= 0,37 m
• Gevraagd
  F_spier
• Uitwerking
  
• F_rechtsom = m × 10   dus   F_rechtsom = 80 × 10 = 800 N
• Nu kun je de momentenwet toepassen, om het gewicht van de steunen af te krijgen moet er evenwicht zijn.
  
• M_links = M_rechts
  
• F_linksom × l_linksom = F_rechtsom × l_rechtsom
  
• F_linksom × 1,48 m = 800 N × 0,37 m
  
• F_linksom = 800N x 0,37m : 1,48m
• F_linksom= 200 N
  
• Voor het kantelen van de kruiwagen is een spierkracht van 200 N nodig.

Takelen

• De spierkracht levert een even grote spankracht in het touw
  
  
• Deze spankracht werkt zowel links als rechts op het losse katrol
  
  
• De spierkracht wordt als het ware verdubbeld.
  De hijskracht is 2x zo groot als de spierkracht
  
  
• Nadeel is dat je ook 2 x zoveel touw moet binnenhalen als dat de last omhoog gaat
  
  
  
   
  
• of anders 

Druk

Honden vinden het vaak leuk in de sneeuw, maar gemakkelijk is het niet!

Wij hebben daar met het juiste schoeisel minder problemen mee

tenminste als we opgelet hebben bij natuurkunde

• Druk is de kracht die per oppervlakte werkt. 
• In formulevorm schrijf je druk =  kracht : oppervlak
   
• Voor druk gebruik je de letter p van het Engelse woord pressure.  
   
• In symbolen is de formule: p = F : A 
   
• F is de kracht (Force) in N.
  
• A is het contactoppervlak (Area) in m².
  
  
  
  
  
   
• De eenheid van druk is pascal (Pa). Je mag ook N/m2 schrijven. Dat is precies hetzelfde.

Rekenen met druk

rekendriehoek

Rekenvoorbeeld

Het oppervlak van een schoenzool is 0,012 m². Bram heeft een massa van 90 kg.

Hoe groot is de druk van Bram op de grond tijdens het lopen?

• Gegeven
• m = 90 kg
• F = m x 10 dus ..
• F = 900 N
  
• A = 0,012 m²
   
• Gevraagd
• Druk p
   
• Uitwerking
• p = 900N : 0,012m² 
• p = 7 500 Pa 
  
  
• En als hij stilstaat 

Een kracht van 20 N werkt op een oppervlakte van 2 cm². 

Bereken de druk.

• Gegeven
  
• F = 20 N
  
• A = 2 cm² 
• omrekenen naar de juiste eenheid ...
• 2 cm² = 0,02 dm² = 0,0002 m²
   
• Gevraagd
  
• p
   
• Uitwerking
  
• p = F : A 
• p = 20 N : 0,0002 m²
• p = 100 000 Pa.

wel werken met de juiste eenheden

Bekijk eerst het plaatje van de opbouw van de uitmarkt op het Museumplein in Amsterdam. 

Om het grasveld niet te beschadigen rijdt een vorkheftruck steeds op twee rijplaten tegelijk. 

De massa van deze vorkheftruck is 2 500 kilogram. 

Eén rijplaat heeft een oppervlakte van 3 m².

Hoe groot is de druk op het grasveld in pascal?
 

• Gegeven
• m = 2 500 kg
  
• A = 2 × 3 m2 = 6 m2
   
• Gevraagd
• p
   
• Uitwerking
  
• F = 10 x m = 10 × 2 500 N = 25 000 N
  
• p = 25 000 N : 6 m² = 4 167 N/m²
• De druk van de vorkheftruck op het grasveld is 4,2 kPa.

Nog een