Zwaartekracht en krachten in evenwicht

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4

Zwaartekracht en krachten in evenwicht

SysNat h4/v4 H3.1

De 'slinky' in de afbeelding wordt losgelaten. Wat gebeurt er met de onderkant van de slinky?

Gebeurde er wat je verwachtte? Waarom wel/niet?

Leerdoelen (havo/vwo)

Aan het einde van de les kun je:

1. de vier algemene eigenschappen van een kracht benoemen
2. met de krachtenschaal bepalen hoe groot in een tekening of foto weergegeven kracht is
3. de krachten op een voorwerp in een tekening of foto weergeven, tekening houdend met de krachtenschaal
4. uitleggen wanneer het gevolg van een kracht verandert bij de verschuiving van de kracht
5. beschrijven van welke factoren de volgende krachten afhangen: schuifwrijvingskracht, rolweerstandskracht en luchtweerstandskracht
6. berekeningen maken en redeneren met de formules voor de zwaartekracht en de veerkracht: 

Leerdoelen (vwo)

Aan het einde van de les kun je:

7. berekeningen maken en redeneren met de formules voor maximale schuifwrijvingskracht en luchtweerstandskracht:

Krachten

Krachten worden uitgeoefend door een voorwerp op een ander voorwerp. 

Bijvoorbeeld zwaartekracht:

De aarde oefent een kracht uit op de appel

En de persoon

En de stoel

En de boom

De eenheid van kracht is Newton [N]

LD1

de vier algemene eigenschappen van een kracht benoemen

Krachten tekenen

Krachten tekenen we met pijlen

Aan de pijl kunnen we de volgende drie dingen zien: 

de lengte, richting en plaats waar de pijl begint

Soms werken we met een krachtenschaal, met 

de schaal en de lengte van de pijl kan je de kracht berekenen. 

In de tekening staat Fz voor de zwaartekracht. 

LD1

de vier algemene eigenschappen van een kracht benoemen

LD2

met de krachtenschaal bepalen hoe groot een in een tekening of foto weergegeven kracht is

LD3

de krachten op een voorwerp in een tekening of foto weergeven, tekening houdend met de krachtenschaal

Krachten meten

Krachten kunnen we meten met een veerunster.

Door de uitrekking van de veer die er in zit

kan de kracht worden bepaald. 

Maak voorbeeldopdracht 1 uit je boek en vul je antwoord hier in

Vector

Kracht is een grootheid dat altijd een 

aangrijpingspunt en een richting heeft. 

Een grootheid met een richting noemen we een vector. VWO: Een vector geven we weer met een pijltje boven het symbool: 

De lijn door het aangrijpingspunt in de richting van de kracht noemen we de werklijn.

Als we een kracht verschuiven langs de werklijn, veranderd het gevolg van de kracht niet. 

LD1

de vier algemene eigenschappen van een kracht benoemen

LD4

uitleggen wanneer het gevolg van een kracht verandert bij de verschuiving van de kracht

Welk van de drie situaties in de
figuur heeft een afwijkend
gevolg van de kracht?

1. a
2. b
3. c
4. De gevolgen zijn hetzelfde

Lees pag. 114 t/m 119 (vwo) of pag. 98 t/m 102 (havo) en geef hieronder een korte beschrijving van elk van de genoemde krachten.

Zwaartekracht

De zwaartekracht is de kracht uitgeoefend door de aarde. Deze kracht is recht evenredig met de massa van het voorwerp. Deze evenredigheidsconstante heet de valversnelling of de gravitatieconstante g. Het aangrijpingspunt van de zwaartekracht op het voorwerp is het zwaartepunt. 

De zwaartekracht kan je berekenen met:

LD6

berekeningen maken en redeneren met de formules voor de zwaartekracht en de veerkracht: 

Een blok met een massa van 5,0 kg ligt op tafel. Bereken de zwaartekracht die op het blok werkt.

Veerkracht

Veerkracht wordt veroorzaakt door een veer of ander elastisch voorwerp. De veerkracht is recht evenredig met de uitrekking van de veer. Deze evenredigheid noemen we de veerconstante. 

De grootte van de veerkracht kan je berekenen met:

LD5

beschrijven van welke factoren de volgende krachten afhangen: schuifwrijvingskracht, rolweerstandskracht en luchtweerstandskracht

LD6

berekeningen maken en redeneren met de formules voor de zwaartekracht en de veerkracht: 

Veerkracht uitrekenen

Een blokje wordt aan een veerunster gehangen. De veerunster geeft 1,9 N aan. 

De veer is 6,5 cm uitgerekt. Wat is de veerconstante?

F​veer​​=1,9 N

u=6,5 cm=6,5⋅10​−2​​ m

F=C ⋅ u→C=​u​​F​​

C=​(6,5⋅10​−2​​)​​1,9​​=29,2307Nm​−1​​=29Nm​−1​​

LD6

berekeningen maken en redeneren met de formules voor de zwaartekracht en de veerkracht: 

Een massa van 5 kg hangt aan een veer. De veer is 4,3 cm uitgerekt. Wat is de veerconstante?

Schuifwrijvingskracht

Voorwerpen die bewegen of waarop kracht wordt uitgeoefend om ze in beweging te brengen ondergaan schuifwrijvingskracht. 

De richting van deze kracht is altijd tegengesteld aan de bewegingsrichting. 

Het aangrijpingspunt is in het midden van het het oppervlak waar de twee voorwerpen elkaar raken. 

De schuifwrijvingskracht zorgt er ook voor dat er een bepaalde minimale kracht nodig is om een voorwerp in beweging te brengen (denk aan een zware kast die niet direct beweegt zodra je er tegenaan duwt). 

LD5

beschrijven van welke factoren de volgende krachten afhangen: schuifwrijvingskracht, rolweerstandskracht en luchtweerstandskracht

Schuifwrijvingskracht (vwo)

De schuifwrijvingskracht kan je berekenen met:

De wrijvingscoëfficiënt hangt af van de soorten materialen die over elkaar bewegen. 

LD7

berekeningen maken en redeneren met de formules voor maximale schuifwrijvingskracht en luchtweerstandskracht:

Luchtweerstandskracht

Een voorwerp dat door de lucht beweegt ondervindt luchtweerstandskracht. Dit is ook een tegenwerkende kracht. 

Dit komt doordat een bewegend object de luchtmoleculen aan de kant moet duwen om vooruit te komen. 

Als je door het water loopt moet je ook de watermoleculen aan de kant duwen. 

LD5

beschrijven van welke factoren de volgende krachten afhangen: schuifwrijvingskracht, rolweerstandskracht en luchtweerstandskracht

Luchtweerstandskracht (vwo)

De luchtweerstandskracht kan je 

berekenen met:

Als je voorover buigt op de fiets, is je 

frontale oppervlak kleiner en is dus de luchtweerstandskracht kleiner. 

De luchtweerstandscoëfficiënt hang af van hoe gestroomlijnd het voorwerp is dat door de lucht beweegt (zie BiNaS tabel 28A).

LD7

berekeningen maken en redeneren met de formules voor maximale schuifwrijvingskracht en luchtweerstandskracht:

De Slinky

Vlak voordat de slinky wordt losgelaten werkt er zwaartekracht en veerkracht.

Op het moment dat de veer wordt losgelaten werkt de veerkracht nog steeds op de onderkant van de veer

De Slinky

Pas als de slinky niet meer uitgerekt is zal de veerkracht kleiner worden en is de zwaartekracht groter