Om systematisch met eenheden te werken is een wiskundige notatie bedacht. Neem bijvoorbeeld de zin, "de eenheid van de massa is kilogram". Dit kunnen we wiskundig opschrijven als:
De vierkante haakjes, de spekhaken, betekenen dus "de eenheid van". Overigens bestaat de term "spekhaken" echt:
Overigens is de eenheid van een getal, zoals 2 en π, gewoon 1:
We kunnen deze schrijfwijze gebruiken om eenheden van onbekende grootheden te achterhalen. We noemen dit ook wel een eenheidsbeschouwing of eenheidsafleiding. Stel bijvoorbeeld dat we de eenheid van de dichtheid willen weten, met de formule;
dan schrijven we voor de eenheidsbeschouwing:
In de wetenschappelijke notatie schrijven we dat als:
Deze notatie gaan we steeds vaker gebruiken. Beide manieren mag je door elkaar gebruiken, en beide manieren worden geaccepteerd op het examen!
Tekst van wikipediapagina over "Haakje"
[m]=kg
[ρ]=[V][m]=m3kg=kg/m3
[ρ]=kg⋅m−3
ρ=Vm
[π]=1
[2]=1
Slide 30 - Tekstslide
Wiskundige definities
Voordat we nog een aantal andere voorbeelden gaan bekijken, moeten we eerst naar paar wiskundige definities kijken en die begrijpen:
BA=A⋅B1
BB2=B
A2A=A1
Slide 31 - Tekstslide
Wiskundige definities
Voordat we nog een aantal andere voorbeelden gaan bekijken, moeten we eerst een paar wiskundige definities doornemen:
Met kwadraten hebben we:
Deze formules krijg je ook op het SO gegeven!
Extra: dit hoef je niet perse te weten, maar is een andere manier, in wetenschappelijke notatie (hoef je niet te leren):
Het maakt niet uit of er een getal of eenheid op de plek van A of B staat!
Laten we nog een paar voorbeelden bespreken. Hieronder zien we de formule voor de gemiddelde versnelling (agem). De versnelling is te berekenen door de toename van de snelheid (v ) te delen door de tijdsduur (t ):
Stel we willen de eenheid van de versnelling weten, dan doen we:
En in wetenschappelijke notatie:
De formule voor de kracht (F ) wordt gegeven door:
Om de eenheid van kracht te berekenen doen we:
De eenheid van de kracht is in SI-grondeenheden dus gelijk aan kg·m·s-2. Over het algemeen wordt deze eenheid afgekort tot de eenheid newton (N), zie ook BINAS T4.
Opgave 1 De snelheid kunnen we berekenen met de formule:
Laat met deze formule zien dat de SI-eenheid van de gemiddelde snelheid meter per seconde is. Gebruik hiervoor de notatie uit de paragraaf.
Opgave 2
De zwaartekracht kan worden berekend met de formule:
Vind de eenheid van de constante g. Laat zien dat deze eenheid zowel in N/kg als in m/s2 kan worden geschreven.
Opgave 3
De middelpuntzoekende kracht werkend op draaiende voorwerpen wordt gegeven door:
waarin:
m = massa (kg)
v = snelheid (m/s)
r = straal (m)
Laat zien dat je met deze formule vindt dat de eenheid voor kracht kg·m/s2 is, wat gelijk is aan N.
Fmpz=rm⋅v2
Fz=mg
vgem=ts
Slide 37 - Tekstslide
Opgaven
Opgave 4
De elektrische weerstand van een ijzeren draad is te berekenen met de volgende formule:
waarin: R = weerstand van een draad (Ω)
ρ = soortelijke weerstand (nog onbekend)
ℓ = lengte van het draad (m)
A = oppervlakte van het draad (m2)
a. Schrijf de formule om naar ρ = ..
b. Bepaal uit de formule van vraag a de eenheid van ρ.
Opgave 5
In de 18de eeuw mat de wetenschapper Cavendish de gravitatiekracht tussen twee zware loden bollen. De gravitatiekracht kan worden berekend met deze formule:
waarin:
Fg = gravitatiekracht (N)
G = gravitatieconstante (nog onbekend)
m = massa (kg)
r = straal (m)
Vind met behulp van de formule de eenheid van G en controleer de eenheid aan de hand van BINAS T7.
R=ρAℓ
Fg=r2G⋅m1⋅m2
Slide 38 - Tekstslide
Opgaven
Opgave 6
De energie (E ) van een voorwerp is te berekenen met de volgende formule:
waarin:
E = energie van het voorwerp (nog onbekend)
F = kracht (N of ...)
s = afstand die het voorwerp aflegt door de kracht (m)
Laat zien dat de eenheid voor de energie zowel gegeven kan worden in N·m als in kg·m²/s².
Opgave 7
De energie van een blokje aan een uitgerekte veer wordt gegeven door:
waarin:
E = energie van het voorwerp (nog onbekend)
u = uitwijking, oftwel uitrekking van een veer (m)
Laat zien dat je hier dezelfde eenheid vindt voor de energie als bij opgave 6. Bepaal hiervoor eerst de eenheid van de veerconstante met behulp van de formule voor de veerkracht:
waarin:
Fveer = veerkracht (N of ...)
C = veerconstante (nog onbekend)
E=F⋅s
E=21⋅C⋅u2
Fveer=C⋅u
Slide 39 - Tekstslide
Opgaven
Opgave 8
De energie (Q ) die nodig is voor een bepaalde temperatuurstijging (ΔT ) van een bepaald voorwerp wordt gegeven door:
waarin:
Q = energie (J of ...)
c = soortelijke warmte (nog onbekend)
m = massa (kg)
ΔT = temperatuurstijging (K)
Laat zien dat de eenheid van de constante c gegeven kan worden door J/kg·K en door m2/s2·K.
Opgave 9
De formule voor de trillingstijd van een slinger wordt gegeven door:
waarin:
T = trillingstijd (s)
l = lengte van de slinger (m)
g = valversnelling (nog onbekend)
Laat zien dat de eenheid voor de valversnelling gelijk is aan m/s2.
Q=c⋅m⋅ΔT
T=2π√gl
Slide 40 - Tekstslide
Opgaven
Opgave 10
De formule voor de trillingstijd van een blokje aan een veer wordt gegeven door:
waarin:
T = trillingstijd (s)
m = massa (kg)
C = veerconstante (N/m)
Laat zien dat de eenheid van de constante C gegeven kan worden door N/m.
Opgave 11
De formule voor de luchtwrijvingskracht wordt gegeven door:
waarin:
Fw, lucht = luchtwrijvingskracht (N of ...)
cw = constante die o.a. afhankelijk is van vorm van voorwerp (nog onbekend)
A = oppervlakte (m²)
ρ = dichtheid (kg/m³)
v = snelheid van het voorwerp (m/s)
Laat zien dat deze constante cw geen eenheid heeft / dimensieloos is.
T=2π√Cm
Fw,lucht=21⋅cw⋅A⋅ρ⋅v2
Slide 41 - Tekstslide
Opgaven
Opgave 12
In 2016 sprong skydiver Luke Aikins zonder parachute vanaf een hoogte van bijna 8 km recht naar beneden. Boven de grond was een groot net opgespannen om hem veilig op te vangen. Aikins ondervond een luchtweerstandskracht. Hiervoor geldt:
waarin:
Fw = wrijvingskracht (N of ...)
k = constante (nog onbekend)
A = oppervlakte (m²)
v = snelheid van het voorwerp (m/s)
Leid de eenheid van k af in grondeenheden van het SI.