Samenvatting Natuurkunde 3HV Kracht en Energie

Samenvatting Natuurkunde 3HV Kracht en Energie
1. Wat is kracht?
Het is moeilijk te zeggen wat kracht echt is. Het is makkelijker te
omschrijven wat het doet. Dit gebeurt in de volgende definitie:
Een kracht is een natuurkundige grootheid die ervoor zorgt dat in een
voorwerp een spanning of druk ontstaat, of die een lichaam doet
versnellen.
Kracht wordt aangeduid met hoofdletter F en gemeten in Newton (N). Het
kan bijvoorbeeld gemeten worden met een veerunster.
Kracht komt in verschillende vormen voor:
- zwaartekracht zorgt ervoor dat alles naar beneden (naar de aarde
toe) valt
- centrifugale kracht zorgt ervoor dat als je een emmer rondslinger,
het water erin blijft
- magnetische kracht zorgt ervoor dat twee magneetjes elkaar
aantrekken of juist afstoten
Kracht is een vector, want kracht heeft een bepaalde grootte en het werkt
in een bepaalde richting. Een vector is een wiskundige term met een
lengte en een richting. Dit teken je als een pijl met een bepaalde lengte.
,
2. Rekenen met krachten
Als er vanuit één aangrijpingspunt twee krachten werken (zwart), moeten
die krachten opgeteld worden tot een resulterende kracht (rood).
Op de volgende pagina wordt uitgelegd hoe je dat kan doen:
http://members.home.nl/paulwagemakers/krachten%20samenstellen.s
wf
Krachten ontbinden (dus uit een resulterende kracht de oorspronkelijke
krachten terugvinden) kan op twee manieren:
1. Constructie
zie http://www.walter-fendt.de/ph14nl/forceresol_nl.htm. Hierbij moet
je heel nauwkeurig tekenen om de juiste lengte van de nieuwe vectoren te
kunnen meten.
2. Berekening
Vaak werken er meerdere krachten op een voorwerp.
Dan
is de resulterende kracht gelijk aan de som (samenstelling) van alle krachten.
Als de resulterende kracht 0 is, dan heffen de krachten elkaar op, en blijft het
voorwerp in rust.
3. Wetten van Newton
1e wet van Newton (de wet van traagheid): een voorwerp wil in rust
blijven of eenparig bewegen. Dus als de resulterende kracht op een
voorwerp 0 is, dan blijft het voorwerp in rust (staat stil, dus snelheid is 0
m/s) of beweegt met een constante snelheid.
2e wet van Newton: Fres=m· a, dus kracht=massa·versnelling. Dus als er
een resulterende kracht op een voorwerp werkt, dan wordt deze versneld
(vertraagd).
Ook de zwaartekracht voldoet aan de tweede wet van Newton. Dan geldt
dat versnelling a=g=9.8 m/s2. Dus Fz=m·g.
Als er op een oppervlak een voorwerp ligt, dan oefent dat oppervlak een
normaalkracht uit, die in totaal even groot is als het zwaartekracht op
het voorwerp, maar tegenovergesteld gericht. Fz=-Fn. Het eerste voorbeeld
is bijv. een boek op tafel. In het tweede denk aan een auto dat van een
helling afrijdt. (Het tweede voorbeeld hoeven jullie niet voor de toets te
kennen, is alleen voor de liefhebbers).
3. Energie
Er zijn verschillende soorten energie. In dit hoofdstuk hebben jullie te
maken met twee ervan, namelijk zwaarte-energie (potentiële energie) en
kinetische energie. Zoals jullie al weten is de eenheid van energie J
(Joule)
Zwaarte-energie Ez=mgh, met m – massa (in kg), g –
zwaartekrachtsversnelling (in m/s2) en h – hoogte (in m).
Kinetische energie Ekin=½mv2 , met m weet massa (in kg) en v – snelheid
(in m/s).
Energie kan van soort veranderen, maar de totale hoeveelheid blijft
constant (wet van behoud van energie). Dus Etot=Ekin+Ez = =½mv2+mgh.
Als je een pijl vanaf de grond wegschiet, is aan het begin de hoogte en
dus ook potentiële energie 0, dus Etot=Ekin . Maar op het hoogste punt is
het juist juist andersom (Etot= Ez ), want dan is de snelheid 0.
4. Vermogen en rendement
Als je energie opwekt, ontwikkel je vermogen. Eén vorm van energie is
arbeid W. Die hangt af van het vermogen en de tijd: W = P·t, met P –
vermogen in W (Watt) en t – tijd in s (seconden). Dus vermogen is gelijk
aan P=W/t.
Als een auto rijdt, heeft die vermogen nodig om te rijden, maar ook een
deel voor de warmte die geproduceerd wordt door de motor. Dat warmte
is niet nuttig (afvalenergie). Rendement is het verhouding tussen het erin
gestopte vermogen en het nuttige. Rendement wordt aangeduid met de
Griekse letten èta:
. Zie ook rendement bij elektriciteit.