Kracht en verandering van beweging
D-finaliteit • 1 uur FYSICA 3 2 MODULE
Inhoud
ISAAC-moment: The world’s biggest vacuum 3
1Kracht 4
1.1Vectoriële grootheid kracht 4 1.2De eenheid van kracht 6 1.3Contactkrachten en veldkrachten 8 1.4Het effect van een kracht 8
2Soorten krachten 10
2.1Zwaartekracht 10 2.1.1Grootheid en eenheid 10 2.1.2Richting, zin en aangrijpingspunt van de zwaartekracht 10 2.1.3Grootte van de zwaartekracht 11 2.2Normaalkracht 11 2.2.1Grootheid en eenheid 11 2.2.2Richting, zin en aangrijpingspunt van de normaalkracht 12 2.2.3Grootte van de normaalkracht 12 2.3Wrijvingskracht 12 2.3.1Grootheid en eenheid 12 2.3.2Richting, zin en aangrijpingspunt van de wrijvingskracht 13
3Kracht en beweging 15
3.1De bewegingstoestand van een systeem 15 3.2Invloed van krachten op de bewegingstoestand 16 3.3De resulterende kracht 17 3.4Bewegingstoestand verandert niet 17 3.5Bewegingstoestand verandert 18 3.5.1Van rust naar beweging 18 3.5.2Van beweging naar rust 19 3.5.3Versnellen 19 3.5.4Vertragen 20 3.5.5Van richting veranderen 20
4Verder oefenen? 22
ISAAC-actie: Aan de slag met ‘Resultante’ 27 Studiewijzer 28
2
ISAAC-moment ISAAC-actie Studiewijzer
The world’s biggest vacuum
DOE DE TEST
Laat een tennisbal en een pluim van op gelijke hoogte vallen.
Wat stel je vast? Noteer.
Je zou het misschien niet verwachten, maar het effect van de luchtwrijving is aanzienlijk en is dikwijls groter dan de wrijving met de grond. Kijk maar naar deze vallende voorwerpen. Ze vallen eerst in een ruimte waar lucht aanwezig is, daarna in vacuüm.
WIST-JE-DAT
Om de luchtwrijving bij hoge snelheden te berekenen, gebruiken we deze formule:
Fw,lucht = Cw ⋅ 1 2 ⋅ ρ ⋅ v 2 ⋅ A met ρ: de dichtheid van de lucht v: de snelheid in m s A: het frontale oppervlak in m2 Cw : weerstandscoëfficiënt (vorm afhankelijk)
De luchtwrijving hangt in belangrijke mate af van de grootte van het frontaal oppervlak. Dat verklaart waarom de pluim veel meer luchtwrijving ondervindt dan de ronde bal.
Om die reden wordt het frontaal oppervlak van voertuigen best zo klein mogelijk gehouden. Snelle auto’s zijn altijd erg laag, wielrenners maken zich zo klein mogelijk tijdens het sprinten en vliegtuigen zijn meestal heel gestroomlijnd.
3 ISAAC-moment
1Kracht
1.1Vectoriële
grootheid kracht
Er zijn heel wat krachten aan het werk in ons universum. Denk maar aan een schommel die beweegt, een kar die wordt getrokken of wanneer je halters omhoog duwt in de gymzaal. Daarvoor heb je een bepaalde kracht nodig. Wellicht ken je al heel wat van die krachten bij naam. Denk maar aan zwaartekracht, spierkracht, magnetische kracht, windkracht, wrijvingskracht ... en toch is de grootheid kracht iets mysterieus. Een kracht kun je niet zien, niet ruiken, niet vastpakken ... het enige dat we wel kunnen waarnemen is het effect van een kracht.
Een kracht is daardoor niet zoals de meeste andere grootheden. De meeste grootheden die we al kennen, hebben alleen een grootte. Dit zijn scalaire grootheden zoals massa, tijd, temperatuur, volume, dichtheid … Kracht is net zoals snelheid een vectoriële grootheid en stellen we voor door een vector. Andere vectoriële grootheden zijn: versnelling, elektrische veldsterkte, magnetische veldsterkte … #–F
aangrijpingspunt
richting zin grootte
De lijn waarop de pijl ligt, geeft de richting van de vector aan.
De pijlpunt geeft de zin van de vector aan.
Het beginpunt van de pijl is het aangrijpingspunt van de vector. De lengte van de pijl is een maat voor de grootte van de vector.
Een kracht is een vectoriële grootheid en heeft een richting, een grootte, een zin en een aangrijpingspunt.
De grootte van kracht wordt voorgesteld door het symbool F (naar het Engelse ‘force’).
De krachtvector wordt voorgesteld door het symbool #–F
Alle vectoriële grootheden hebben naast een grootte ook een richting, zin en aangrijpingspunt. Het zijn vectoren en die stellen we voor met behulp van een pijl.
GROOTHEID EENHEID
4
NAAMSYMBOOLNAAMSYMBOOL
kracht F newton N = kg m s2
Bij de #–F zetten we soms een subscript om duidelijk te maken over welke kracht het gaat. Hier gebruiken we #–Fs om de spierkracht van de persoon aan te duiden. #–Fs
Deze sterke mensen oefenen op verschillende manieren een kracht uit op een enorme steen. a b c d e f
1 Welke krachten hebben dezelfde richting? Noteer de juiste letters.
2 Welke krachten hebben dezelfde zin? Noteer de juiste letters.
3 Welke krachten hebben dezelfde grootte? Noteer de juiste letters.
De grootte van de kracht geeft weer hoe hard de persoon duwt/trekt aan de steen.
De richting van de kracht is de de lijn waar hij naartoe duwt of trekt. Deze richting wordt ook de werklijn van de kracht genoemd.
De zin van de kracht geeft weer welke kant de kracht en de steen uitgaat. Het aangrijpingspunt van de kracht is de plaats waar de kracht aangrijpt, dus de plaats waar hij trekt/duwt.
5
Is de grootheid een scalaire grootheid of een vectoriële grootheid? Kruis aan.
GROOTHEID SCALAIRVECTORIEEL
snelheid massa volume temperatuur versnelling kracht spanning oppervlakte
1.2De eenheid van kracht
Zoals elke grootheid heeft de grootheid kracht ook een eenheid De eenheid van kracht is de newton (N).
WIST-JE-DAT
Isaac en de appel
De eenheid N ‘newton’ dankt zijn naam aan de Engelse wetenschapper Sir Isaac Newton, ook wel de vader van de zwaartekracht genoemd. Het verhaal gaat dat hij in 1666 in de boomgaard van zijn moeder een appel zag vallen. Dat gaf hem het inzicht dat een appel (en alles wat valt) eigenlijk naar de aarde wordt toegetrokken. Op diezelfde manier bedacht hij dat de maan door de aarde wordt aangetrokken.
Het wiskundig bewijs van de zwaartekracht is slechts één van de vele ontdekkingen van Isaac Newton. Als natuurkundige, wiskundige, astronoom, theoloog, filosoof en muntmeester zou hij volgens sommigen het startsein van de Verlichting hebben gegeven. Zonder twijfel was hij één van de grootste geleerden in de geschiedenis van de wetenschap.
6
We illustreren hieronder met enkele referentiematen de grootteorde van enkele krachten.
Als je een paprika in je hand houdt, voel je een kracht van 1 N. Maar krachten kunnen ook wel groot zijn, zo oefent een alligator als hij bijt een kracht 104 N uit, voor de lancering van de satelliet trein van SpaceX zijn krachten van 106 N nodig en de zon oefent zelfs een aantrekkingskracht van 10²² N uit op onze aarde. © Sattrackcam.blogspot.com
1 N 104 N 106 N 1022 N
7
1.3Contactkrachten en veldkrachten
Krachten delen we in twee categorieën in: contactkrachten en veldkrachten.
Soms maakt een kracht rechtstreeks contact met het voorwerp, bijvoorbeeld als je een steen weg schopt of een skateboard in beweging duwt. Dan spreken we van een contactkracht.
Soms maakt een kracht geen rechtstreeks contact met het voorwerp, maar werkt ze ‘van op afstand’, zoals bij een magneet. In dat geval spreken we van een veldkracht. Of denk aan de zwaartekracht, die voorwerpen aantrekt van op afstand, en dus ook een veldkracht is.
Bij een contactkracht is er een rechtstreeks contact met het voorwerp.
Bij een veldkracht is er geen rechtstreeks contact met het voorwerp, deze kracht werkt op afstand.
In module 4 ‘Kracht en veld’ bespreken we de contactkrachten en veldkrachten uitvoerig.
1.4Het effect van een kracht
Een kracht werkt zowel bij contactkrachten als bij veldkrachten in op een voorwerp en heeft altijd een bepaald effect
Een kracht kan een beweging veroorzaken, bijvoorbeeld door inwerking van de zwaartekracht valt een appel uit een boom of met zijn spierkracht trapt een voetballer een voetbal weg.
8
Maar een kracht kan ook een beweging stoppen, denk maar aan een keeper die de aankomende voetbal opvangt.
Een kracht kan de oorzaak zijn van een snelheidsverandering, zoals harder trappen tijdens het fietsen.
Het kan ervoor zorgen dat een voorwerp niet op een rechte baan beweegt, maar zoals een satelliet rond de aarde draait. De aantrekkingskracht van de aarde zorgt er in dit geval voor dat de satelliet in zijn ellipsvormige baan blijft.
In de bovenstaande voorbeelden heeft de kracht een dynamisch effect. De kracht zorgt ervoor dat de bewegingstoestand van het voorwerp verandert.
Een kracht heeft soms ook een totaal ander effect, denk maar aan het indrukken van een spons. In dat geval is het effect van de kracht statisch. We spreken van het statisch effect van een kracht, waarbij de kracht een vervorming veroorzaakt
Een kracht werkt in op een voorwerp. Een kracht heeft een bepaald effect: ze kan een voorwerp vervormen, dit is het statisch effect van de kracht; ze kan de bewegingstoestand van een voorwerp veranderen, dit is het dynamisch effect van de kracht.
Is het effect van de kracht statisch, dynamisch of beiden? Vul in.
9
2Soorten krachten
Voor we dieper ingaan op de effecten van een kracht, zoomen we in op een aantal krachten die belangrijk zijn voor het verband tussen kracht en beweging.
In module 4 ‘Kracht en veld’ worden zwaartekracht en normaalkracht uitgebreider besproken.
2.1Zwaartekracht
2.1.1Grootheid en eenheid
Een kracht waarmee je op aarde overal en altijd te maken hebt, is de zwaartekracht. Op aarde valt alles recht naar beneden, denk maar aan een appel die uit de boom valt of de regen. Deze kracht is niet uniek voor de aarde, andere hemellichamen zoals de maan oefenen een soortgelijke kracht uit.De oorsprong van de zwaartekracht ligt in het feit dat alle massa’s elkaar aantrekken.
De zwaartekracht is de kracht waarmee de aarde voorwerpen aantrekt. We stellen de zwaartekracht voor door #–Fz . De eenheid van zwaartekracht is de newton (N).
De gravitatiewet, die je later zal zien, beschrijft deze aantrekking.
2.1.2Richting, zin en aangrijpingspunt van de zwaartekracht
De zwaartekracht is een vector en heeft een richting, zin, aangrijpingspunt en grootte. We laten deze vector aangrijpen in het massamiddelpunt, ook wel zwaartepunt genoemd. (Niet te verwarren met het geometrisch zwaartepunt uit wiskunde.)
Zwaartekracht op een voorwerp werkt verticaal (richting) en is naar het middelpunt van de aarde (zin) gericht.
WIST-JE-DAT
In fysica wordt een lichaam vaak vervangen door een punt, een puntmassa. Deze puntmassa ligt in het massamiddelpunt en bevat alle massa van het volledige lichaam. Dit gebeurt vooral in de bewegingsleer, om zo de studie van een beweging te vereenvoudigen.
De zwaartekracht grijpt aan in het zwaartepunt (aangrijpingspunt) van een voorwerp.
10
Fz
#–
2.1.3Grootte van de zwaartekracht
We kennen ondertussen de richting, de zin en het aangrijpingspunt van de zwaartekracht. De grootte van de zwaartekracht op een voorwerp vind je door de massa m van dat voorwerp te vermenigvuldigen met de zwaarteveldsterkte g
We krijgen dus: Fz = m g
De zwaarteveldsterkte (g) wordt uitgedrukt in 9,81 N kg .
We gebruiken voor g de constante waarde 9,81 N kg .
De zwaarteveldsterkte bespreken we verder in module 4.
Omdat de aarde niet perfect rond is, is de zwaarteveldsterkte op aarde niet overal even groot.
g is in België gelijk aan 9,81 N kg , aan de Noordpool 9,83 N kg en aan de evenaar 9,78 N kg
Hoe verder je van het middelpunt van de aarde bent verwijderd, hoe kleiner de g.
Geef de vier kenmerken voor de zwaartekracht. Noteer.
2.2Normaalkracht
We beperken ons in dit deel tot een horizontale ondergrond.
2.2.1Grootheid
en eenheid
Op een plantje dat op een tafel staat, werkt de zwaartekracht #–Fz
De tafel oefent op het plantje een kracht #–FN uit, die even groot is, maar tegengesteld aan #–Fz De kracht #–FN staat altijd loodrecht op het oppervlak dat het voorwerp ondersteunt, vandaar de naam normaalkracht
Op een voorwerp dat steunt op een ondergrond, oefent de steun op het voorwerp een normaalkracht uit. Deze kracht werkt op het voorwerp en staat loodrecht op het steunvlak. We stellen de normaalkracht voor door #–FN . De eenheid van normaalkracht is de newton (N).
11
WIST-JE-DAT
#–Fz #–FN
2.2.2Richting, zin en aangrijpingspunt van de normaalkracht
Bij een horizontale ondergrond is de normaalkracht even groot als de zwaartekracht. Deze krachten zijn wel tegengesteld aan elkaar en heffen elkaar daardoor op.
De normaalkracht op een voorwerp werkt loodrecht op het steunvlak (richting) in en is naar boven (zin) gericht.
De normaalkracht grijpt aan in het steunpunt van een voorwerp. Aangezien we een kracht mogen verschuiven volgens zijn werklijn, wordt als aangrijpingspunt voor de normaalkracht vaak het zwaartepunt genomen.
2.2.3Grootte van de normaalkracht
Bij een horizontale ondergrond is de normaalkracht even groot als de zwaartekracht.
In module 4 ‘Kracht en veld’ kom je te weten hoe de normaalkracht werkt bij een schuine ondergrond.
2.3Wrijvingskracht
2.3.1Grootheid en eenheid
Op aarde hebben we zo goed als altijd te maken met wrijvingskrachten, denk maar aan het filmfragment uit het ISAAC-moment. We kennen wrijvingskracht vooral als een kracht die tegenwerkt, een kracht waardoor we een zware kast niet kunnen verschuiven of waardoor we vertragen als we aan het rijden zijn. Anderzijds hebben we geleerd om de wrijvingskrachten te gebruiken op een nuttige manier. Dankzij de wrijving kunnen we goed lopen, fietsen en autorijden.
De kracht die ontstaat door de wrijving noemen we de wrijvingskracht. We stellen de wrijvingskracht voor door #–Fw .
De eenheid van wrijvingskracht is de newton (N).
12
Geef de vier kenmerken voor de normaalkracht bij een horizontale ondergrond. Noteer.
De wrijvingskracht is altijd tegengesteld aan de beweging of tegengesteld aan de zin waarin we het voorwerp proberen te bewegen.
2.3.2Richting, zin en aangrijpingspunt van de wrijvingskracht
De richting, zin en aangrijpingspunt zijn afhankelijk van de situatie. We bespreken hieronder enkele voorbeelden.
Astronauten die terugkeren van het ISS trekken, kort voor de landing op aarde, hun parachute open. Hier werkt natuurlijk de zwaartekracht, maar ook een aanzienlijke wrijving van de lucht om af te remmen. Op de parachute werken dus twee krachten: de zwaartekracht #–Fz en de luchtweerstand #–Fw
Tijdens het rijden ondervindt de auto altijd wrijving, van de lucht en van het wegdek, wat resulteert in een wrijvingskracht die werkt in tegengestelde zin als de bewegingszin van de auto. Op de auto werken dus vier krachten: de zwaartekracht #–Fz , de normaalkracht #–FN , de motorkracht van de auto #–Fm en de wrijvingskracht #–Fw
De zwaartekracht en de normaalkracht zijn altijd even groot. De motorkracht en de wrijvingskracht kunnen even groot zijn, maar kunnen ook een verschillende grootte hebben. Welk effect dat precies heeft op de beweging, zien we verder in deze module.
Deze man probeert een hele zware steen weg te duwen. Hij krijgt de steen pas in beweging als hij een kracht uitoefent op de steen die groter is dan de statische wrijvingskracht. Hoe hard de man ook probeert te duwen, hij slaagt er niet in om de steen in beweging te krijgen.
13
#–Fz #–Fw #–Fz #–Fw #–F
#–Fm #–Fs #–
N
Fw
De foto toont Einstein die een bocht neemt. Einstein rijdt in een cirkel met middelpunt rechts van hem. Zoals je kunt zien aan de krachten, is het fietsen in een bocht een complex gebeuren. De wrijving belet Einstein dat hij wegschuift, bovendien zorgt heel het systeem van krachten ook voor een resulterende centripetale kracht die nodig is om een bocht te kunnen maken.
De centripetale kracht wordt uitgebreid behandeld in de derde graad, maar zo begrijpen jullie wel waarom motorrijders ( of motards) in de bocht bijna de grond raken met hun knie.
Merk op dat de zin van de wrijvingskracht hier niet tegengesteld is aan de bewegingszin, maar wel tegengesteld aan de zin waarin het wiel van de fiets zou wegschuiven zonder wrijving.
14
#–Fw #–FN #–Fz #–Fcent
3Kracht en beweging
3.1De bewegingstoestand van een systeem
SpaceX is tegenwoordig niet meer weg te denken uit de ruimtevaart. Op 16 november 2020 ging heel wat media-aandacht naar de lancering van hun eerste officiële bemande spaceXvlucht, richting ISS. Iedereen ter wereld kon zien hoe het Dragon ruimtevaartuig met een Falcon 9-herbruikbare lanceerraket de ruimte in gestuurd werd.
Elon Musk, oprichter van ruimtevaartbedrijf SpaceX, maakte zo zijn persoonlijke doel waar om de mens vanaf Amerikaanse bodem de ruimte in te sturen.
“Ik heb achttien jaar naar dit doel toegewerkt, dus het is nogal moeilijk te geloven dat het is gebeurd.”, zei Musk, na afloop van de missie. Musk hoopt dat dit de “eerste stap” is naar een “beschaving op Mars” eneen “multiplanetair leven” met een basis op de maan.
Na een vlekkeloze tocht richting ISS verbleven de twee ervaren astronauten Bob Behnken en Doug Hurley twee maanden in het ISS. SpaceX is zo het eerste commerciële bedrijf dat mensen naar de ruimte heeft gebracht. De laatste bemande Amerikaanse ruimtevlucht dateerde al van 2011, toen kwam er immers een eind aan het Space Shuttle-programma.
Na hun missie werd de Dragon capsule losgekoppeld van het ISS-station voor hun terugreis naar de aarde. Na een 19 uur durende vlucht werd hun snelheid van 28000 km/h dankzij stuwraketten teruggebracht naar 560 km/h bij de terugkeer in de atmosfeer. Daarna remde de Dragon capsule verder af tot 24 km/h bij de ‘splashdown’. Het was 45 jaar geleden dat astronauten voor het laatst in zee landden.
Vanaf 2021 staan de eerste Crew Dragon vluchten voor ruimtetoeristen gepland. Misschien iets voor op jouw bucket-list?
Benieuwd hoe die splashdown er uit zag? Bemanning eerste commerciële ruimtevlucht is succesvol geland op aarde | VRT NWS: nieuws
15
YMZK-Photo / Shutterstock.com
© Sunday Photography_stock.adobe.com
CC BY-SA 4.0, By Duncan Hull
WIST-JE-DAT
Tijdens zijn terugreis naar de aarde vloog de Dragon-capsule met een snelheid van 28000 km h richting aarde.Dat noemen we de bewegingstoestand van de Dragon-capsule.
De bewegingstoestand van een systeem is de toestand van rust of beweging van het systeem.Die bewegingstoestand wordt bepaald door de snelheid van het systeem op dat ogenblik.
Op de foto alleen zien we de bewegingstoestand van de Dragon niet. Om de bewegingstoestand van een lichaam weer te geven, gaan we vanaf nu de snelheidsvector tekenen. Op die manier krijgen we een idee over de grootte, richting en zin van de snelheid en zien we of het lichaam al dan niet in rust is. Als we geen snelheidsvector tekenen, impliceert dat dat de snelheid nul is.
We nemen als aangrijpingspunt van de snelheid het zwaartepunt van de Dragon. Dankzij stuwraketten wordt de snelheid teruggebracht tot 560 km h . De bewegingstoestand van de Dragon wordt zo gewijzigd. We nemen zo het dynamisch effect van een kracht waar.
3.2Invloed van krachten op de bewegingstoestand
Op een voorwerp werken dikwijls meerdere krachten.
Welke invloed hebben die krachten op de bewegingstoestand?
We bekijken dit aan de hand van een auto die in beweging is. Op deze auto werken meerdere krachten in, namelijk:
F
F
: de zwaartekracht
: de motorkracht van de auto
Fw : de wrijvingskracht van de lucht, de banden …
FN : de normaalkracht
16
v
#–
#–
#–
#–
#–
#–Fz #–FN #–Fm #–Fw
z
m
3.3De resulterende kracht
Als meerdere krachten inwerken op een voorwerp, is het handig om het resultaat van alle krachten te kennen. We spreken dan over de resulterende kracht of de resultante
Voorbeeld
De resultante of resulterende kracht is de kracht die dezelfde uitwerking heeftals al de krachten samen.
Meer informatie over het bepalen van de resulterende kracht lees je in het vademecum.
3.4Bewegingstoestand verandert niet
We hernemen het voorbeeld van de auto.
Alle krachten liggen ofwel op de x-as of y-as. Om hier de resulterende kracht te berekenen, tellen we alle krachten volgens de x-richting en alle krachten volgens de y-richting op. In dit geval is de resulterende kracht nul. Dit kan het geval zijn wanneer de auto stilstaat of wanneer hij met een constante snelheid beweegt.
Dit is de eerste wet van Newton of de traagheidswet van Galileo Galilei
Eerste wet van Newton Een voorwerp waarop geen resulterende kracht werkt, behoudt zijn bewegingstoestand: is het voorwerp in rust, dan blijft het in rust; beweegt het voorwerp, dan beweegt het voorwerp zich rechtlijnig met een constante snelheid voort.
17
#–F1 #–F2 #–Fres
#–Fz #–FN #–Fm #–Fw
Een beweging met een constante snelheid op een rechtlijnige baan noemt een eenparig rechtlijnige beweging of ERB.
In module 3 ‘De eenparige rechtlijnige beweging’ leer je meer hierover.
WIST-JE-DATDe afwezigheid van krachten is in de nabijheid van de aarde niet mogelijk. Hier op aarde werkt steeds de zwaartekracht op een voorwerp en zoals we zagen, dikwijls nog heel wat meer krachten. Enkel door een voorwerp ver van alle planeten ergens in de ruimte te plaatsen zouden we de afwezigheid van krachten kunnen waarnemen. Stel we doen jou een ruimtepak aan, plaatsen jou ergens ver van alle planeten in de ruimte, geven jou een klein duwtje, dan zou je voor eeuwig en altijd met dezelfde snelheid rechtdoor bewegen.
3.5Bewegingstoestand verandert
Wat gebeurt er met de auto als de resulterende kracht niet nul is?
3.5.1Van rust naar beweging
De bestuurder wil vertrekken met de auto en geeft gas. De bestuurder moet voldoende gas geven om de statische wrijvingskracht te overwinnen. De motorkracht moet daarom groter zijn dan de wrijvingskracht. De resulterende kracht is dus verschillend van nul. De snelheid #–v van de auto zal toenemen en de auto komt in beweging.
Van rust … naar beweging
18
#–
#–
#–
#–
Fz
FN
Fm
Fw
#–v
#–v
3.5.2Van beweging naar rust
Bij een rood licht mag de auto niet in beweging blijven en remt de bestuurder. In dit geval zal de resulterende kracht op de auto de wrijvingskracht en de remkracht zijn. De snelheid van de auto neemt af tot hij stilstaat.
Van beweging … naar rust
3.5.3Versnellen
Onze auto rijdt met een bepaalde snelheid. Op een bepaald moment geeft de bestuurder voldoende gas om de wrijvingskracht te overwinnen, waardoor de motorkracht groter wordt dan de wrijvingskracht. De resulterende kracht is verschillend van nul. De snelheid van de auto neemt toe, de auto versnelt.
toestand 1 toestand 2
19
#–Fz #–FN #–Fw + r
#–
v
#–Fz #–FN #–Fm #–Fw
#–
#–
v
v
3.5.4Vertragen
Onze auto rijdt met een bepaalde snelheid. Op een bepaald moment geeft de bestuurder minder gas, waardoor de wrijvingskracht groter wordt dan de motorkracht. De resulterende kracht is dus verschillend van nul. De snelheid van de auto neemt af, hij vertraagt.
toestand 1
toestand 2
3.5.5Van richting veranderen
Zelfs op het ISSwerkt steeds een kracht, namelijk de aantrekkingskracht van de aarde. In dit geval zorgt die kracht ervoor dat het ISS in zijn baan rond de aarde kan draaien. Die kracht dient als centripetale kracht en zorgt ervoor dat het ISS van richting kan veranderen. De kracht heeft echter geen invloed op de grootte van de snelheid. De resulterende kracht is niet nul, en zorgt voor een verandering van bewegingstoestand, de resulterende kracht laat de richting waarin het ISS beweegt veranderen.
toestand 1
toestand 2
Als op een voorwerp een resulterende kracht werkt, verandert zijn bewegingstoestand. Hij gaat: van rust naar beweging; van beweging naar rust; versnellen of vertragen; van richting veranderen.
20
#–Fz #–FN #–Fm #–Fw
#–
#–
v
v
#–
#–v
v
#–F
Kruis aan of de bewegingstoestand van het voorwerp verandert.
Een valschermspringer versnelt in het begin van zijn val.
Een vrachtwagen doet een remtest.
Een rotsblok staat in rust op een horizontaal oppervlak.
Een caravan wordt getrokken door een auto, de snelheid van de caravan neemt toe.
Twee ploegen doen aan touwtrekken, ze trekken hard maar krijgen het touw niet in beweging.
Tijdens zijn val heeft de valschermspringer gedurende 10 seconden een constante snelheid.
Een ruimtecapsule vertraagt bij zijn terugkeer op aarde net voor ze in zee landt.
Twee ploegen doen aan touwtrekken, uiteindelijk wint ploeg 1.
Een fietser fietst met een constante snelheid rechtdoor.
21
BEWEGINGSTOESTAND VERANDERT BEWEGINGSTOESTAND VERANDERT NIET
4Verder oefenen?
Begrijpen
Soms gebruiken we #–F en soms F, waarom? Wat is de betekenis van #–F en F ? Schrijf op.
Wat zijn de 4 kenmerken van een kracht? Schrijf op.
Een vrachtwagen doet een remtest op een horizontale weg. Teken de krachten die inwerken op de vrachtwagen tijdens de test en leg uit waarom je de krachten zo tekent.
De foto toont twee ploegen die touwtrekken.De twee ploegen trekken heel hard, toch blijft het touw in rust. Op het touw werkt een kracht van ploeg 1 ( #–F1 ) en een kracht van ploeg 2 ( #–F2 ). Teken de krachten enleg uit waarom je de krachten zo tekent.
22
1 2 3 4
De foto toont een valschermspringer net na zijn sprong. Bij zijn vertrek is de luchtweerstand verwaarloosbaar klein. Op de persoon werkt op dat moment dus enkel de zwaartekracht #–Fz
Welke resulterende kracht werkt op de valschermspringer? Noteer.
Wat is zijn bewegingstoestand? Verklaar.
Op deze pluim werken twee krachten: de zwaartekracht #–Fz en de luchtweerstand #–Fw Die twee krachten zijn even groot maar tegengesteld.
Welke resulterende kracht werkt op het pluimpje? Noteer.
Wat is de bewegingstoestand van het pluimpje? Verklaar.
De foto toont een valschermspringer net na zijn vertrek. Op deze persoon werkt natuurlijk de zwaartekracht, maar tijdens zijn val ondervindt hij ook wrijving van de lucht. Teken beide krachten op de valschermspringer, als je weet dat hij met een constante snelheid naar beneden beweegt. Leg uit waarom je de krachten zo tekent.
23
5
a b 6 a b 7
Deze foto toont de terugkeer van een ruimtecapsule naar de aarde. De capsule vertraagt net voordat die in zee landt. Teken de krachten die inwerken op de parachute. Leg uit waarom je de krachten zo tekent.
De afbeelding toont een caravan die getrokken wordt door een auto. Op de caravan werken dus vier krachten: de zwaartekracht #–Fz , de normaalkracht #–FN , de trekkracht van de auto #–Ft en de wrijvingskracht #–Fw . Teken de krachten op de wagen als je weet dat de snelheid van de caravan op dit ogenblik toeneemt. Leg uit waarom je de krachten zo tekent.
24
8
9
10 11
Een rotsblok staat in rust op een horizontaal oppervlak. Teken de krachten die inwerken op het rotsblok. Leg uit waarom je de krachten zo tekent.
Een wielrenner fietst met een constante snelheid rechtdoor. Teken de krachten die inwerken op de wielrenner en leg uit waarom je de krachten zo tekent.
25
Een wagen die met constante snelheid rijdt en waarop plots een zijwind werkt, kan opzij geblazen worden. Teken de krachten die werken op de auto, leg uit.
Vul aan. Kies uit: verandert de bewegingstoestand – is het voorwerp in rust – blijft het bewegen met een constante snelheid en in dezelfde richting en zin, het voert dus een ERB uit – van rust naar beweging – behoudt het zijn bewegingstoestand – van beweging naar rust – beweegt het voorwerp – versnellen of vertragen – blijft het in rust – van richting veranderen.
Als er op een voorwerp geen (resulterende) kracht wordt uitgeoefend, … : De mogelijkheden zijn: …
Als de resulterende kracht op een systeem niet nul is, …: De mogelijkheden zijn: …
Wat betekent ERB? Noteer.
In de 100m sprint loopt een atleet de laatste 10 m met een constante snelheid. Ondervindt deze dan een resulterende kracht? Verklaar.
Een auto slaat alle remmen toe om een botsing te vermijden. Hij schuift echter verder over het gladde wegdek. Welke figuur geeft de, op de auto inwerkende krachten weer, als je weet dat P het massamiddelpunt van de auto is en de auto naar rechts aan het rijden was. Duid het juiste antwoord aan.
figuur a figuur b figuur c figuur d
26
12
c P d
13 14 15 16 a P b P
P a b c d
Aan de slag met
CC-BY PhET Intarctive Simulations, University of Colorado Boulder, phet.colorado.edu
Resultante
27 ISAAC-actie
Colofon
Ik kan een kracht definiëren.
Ik kan het verschil tussen scalaire en vectoriële grootheid uitleggen.
Ik weet dat de grootheid kracht door #–F wordt voorgesteld, en dat kracht in N wordt uitgedrukt.
Ik kan de vectoriële eigenschappen van een kracht geven bij een gegeven voorbeeld.
Ik kan richting en zin bepalen van vectoriële grootheden.
Ik kan een kracht vectorieel voorstellen.
Ik weet dat er verschillende krachten op een voorwerp inwerken bijvoorbeeld zwaartekracht, normaalkracht, wrijvingskracht.
Ik kan het begrip wrijvingskracht omschrijven.
Ik kan de krachten die inwerken op een voorwerp vectorieel voorstellen.
Ik weet wat de bewegingstoestand van een systeem betekent.
Ik kan de componenten van een kracht vectorieel voorstellen volgens twee loodrecht op elkaar staande richtingen in het vlak.
Ik kan de resulterende kracht die inwerkt op een voorwerp vectorieel voorstellen door het samenstellen van alle krachten die inwerken op het voorwerp in het vlak.
Ik kan het versnellen, vertragen en van richting veranderen van een voorwerp verklaren. Ik kan het verband leggen tussen een eenparig rechtlijnige beweging en evenwicht van krachten.
Ik kan een krachtenbalans opstellen van een systeem om het effect van de resultante te bepalen.
Die Keure wil het milieu beschermen. Daarom kiezen wij bewust voor papier dat het keurmerk van de Forest Stewardship Council® (FSC®) draagt. Dit product is gemaakt van materiaal afkomstig uit goed beheerde, FSC®-gecertificeerde bossen en andere gecontroleerde bronnen.
STUDIEWIJZER
Auteur Freya Vermeiren Met medewerkingvan Anke Van Roy Herdruk 2022 SO 1674/2021 Bestelnummer 90 808 0450 Module 2 van ISBN 978 90 4864 104 8 KB D/2022/0147/109 NUR 126
YPMP5
uitgever die Keure,
3,
108 325 - © die
Thema
Verantwoordelijke
Kleine Pathoekeweg
8000 Brugge RPR 0405
Keure, Brugge