KRACHTEN Er zijn verschillende soorten krachten. Voorbeelden

KRACHTEN
Er zijn verschillende soorten krachten.
Voorbeelden van krachten: spierkracht, zwaartekracht, veerkracht, spankracht, magnetische
kracht en wrijvingskracht.
Wat is een kracht nu precies? Een kracht kun je niet zien. Je kunt wel zien wat een kracht doet.
Als je tegen een bal een schop geeft, laat je een kracht op de bal werken. De bal deukt een
beetje in, de bal rolt weg en als de bal ergens tegen aanrolt kan de richting veranderen.
afbeelding van: www.aanenuitleg.nl
Een kracht heeft altijd:
- een aangrijpingspunt (de plek waar de voet de bal raakt)
- een richting (de richting die de bal krijgt)
- een grootte (dat is hoe hard de voetballer schopt)
Dit maakt dat je een kracht kunt voorstellen door een pijl (zie tekening voetbal).
Het aangrijpingspunt van de kracht is het punt waar je de bal raakt, de richting is de richting die
de bal krijgt en hoe hard je schop bepaald de grootte van de kracht.
Een kracht
- een
- een
- een
kan dus 3 gevolgen hebben:
voorwerp krijgt een andere vorm
voorwerp krijgt een andere snelheid
bewegend voorwerp krijgt een andere richting
De grootheid kracht geven we aan met het symbool F (force).
De eenheid van kracht is newton (N)
grootheid
kracht
afkorting
F
eenheid
newton
afkorting
N
Een kracht kun je meten met een krachtmeter. Een krachtmeter met een veer noemen we een
veerunster. Als de kracht groot is rekt de veer ver uit, is de kracht klein dan rek de veer een
beetje uit. De veer heeft een bijzonderheid dat voor elk stukje uitrekking een zelfde kracht nodig
is (een veer nooit overstrekken want dan gaat de veer kapot).
http://www.4nix.nl/krachten-meten.html
Lees de volgende veerunsters af.
afbeelding van: www.aanenuitleg.nl
Hoe voelt nu ongeveer 1 N?
Houd 100 g in je hand en dan voel je de kracht van ongeveer 1 N.
En bij 1 kilogram (1000 g) voel je de kracht van ongeveer 10 N.
In de natuurkunde tekenen we de kracht met een pijl, ook wel vector genoemd. Naast de pijlpunt
zet je de letter F. De pijl geeft de eigenschappen van de kracht aan.
Eigenschappen van de pijl:
- het aangrijpingspunt is het begin van de pijl
- de richting van de pijl is hetzelfde als de richting van de kracht
- hoe langer de pijl, hoe groter de kracht is
De lengte van de pijl geeft de grootte van de kracht aan. Met een krachtenschaal geef je aan
hoeveel newton elke cm is.
Voorbeeld:
Gegeven:
De schaal van de getekende kracht:
1 cm komt overeen met 200 N
1 cm komt overeen met 200 N
Gevraagd:
Hoe groot is de kracht die van de blauwe pijl
voorstelt?
Berekening:
De pijl is 5 cm.
5 x 200 = 1000 N
Antwoord:
De pijl stelt een kracht van 1000 N voor.
Extra oefenmateriaal:
http://www.4nix.nl/uploads/1/2/8/2/12822218/oefenblad_krachtenschaal.pdf
Proef: Touwtrekken.
(varieer het aantal leerlingen per kant).
Resultaat bespreken.
Rekenvoorbeeld:
Bij touwtrekken werken er meer dan 1 kracht tegelijk. Hoe weet je nu wie er gaat winnen.
Stel naar links trekken Piet en Kees en naar rechts Miep en Truus.
Piet trekt met een kracht van 1000 N en Kees met een kracht van 600 N.
Miep trekt met een kracht van 750 N en Truus met een kracht van 600 N.
Afbeelding van: www.dona-hts.com
Krachten met dezelfde richting mag je bij elkaar op tellen.
Krachten met een tegengestelde richting mag je van elkaar aftrekken.
(de krachten moeten wel in elkaars verlengde liggen)
Naar links werkt een kracht van: 1000 N + 600 N = 1600 N
Naar recht werkt een kracht van: 750 N + 600 N = 1350 N
1 hokje komt overeen met 100 N
1000 N
750 N
600 N
600 N
1600 N
1350 N
Er werk een netto kracht
van 250 N naar links.
De kracht naar links is 1600 – 1350 = 250 N groter dan de kracht naar rechts, Het touw beweegt
naar links. De 250 N is de nettokracht naar links
Fnetto = 250 N naar links.
Op een voorwerp kunnen meerdere krachten tegelijk werken.
De nettokracht (ook wel resulterende kracht genoemd F r )bereken je als volgt:
- krachten in dezelfde richting tel je bij elkaar op.
- krachten in tegengestelde richting trek je van elkaar af.
Er is evenwicht als de nettokracht 0 is.(dus als bij het touwtrekken links en recht even hard
getrokken wordt, verschuift het touw niet. Zie ook het voorbeeld van de trein)
Extra voorbeeld:
Auteur: Jan van de Velde
De wagon blijft in dit geval stilstaan.
( Vraag: Wat is de schaal van de getekende schaal? Antwoord: 20 N : 4 hokjes dus 1 hokje is 5
N).
ZWAARTEKRACHT
Dingen vallen meestal naar beneden. Het ene ding wat sneller dan het andere. Wat
zal er gebeuren als je papier loslaat? En een boek?
Demo proef: Boek en papier loslaten
(proef http://www.proefjes.nl/proefje/144 )
Doel: Kijken wat er gebeurd als je voorwerpen loslaat.
Benodigdheden:
- vel papier
- (oud) boek
- schaar
Proef 1
Werkwijze:
- knip een stuk papier af dat iets kleiner is dan het boek
- houd het stuk papier in je ene hand
- houd het boek in je andere hand
- laat het vel papier en het boek tegelijk los
Wat neem je waar?
Proef 2
Werkwijze:
- leg het papier bovenop het boek
- laat nu het boek met het papier erop los
Wat neem je waar?
Proef 3
Werkwijze:
- maak een prop van het papier en laat vervolgens het boek en de prop papier te
gelijker tijd los
Wat neem je waar?
Resultaat:
Conclusie:
Extra uitleg:
Als je een vel papier en een boek laat vallen, dan beweegt het naar beneden.
Dat komt door de aantrekkingskracht tussen het vel papier of boek en de aarde:
de zwaartekracht. De grootte van de zwaartekracht is niet voor ieder voorwerp
gelijk (zwaartekracht = massa × gravitatieconstante). Bij een licht voorwerp
(massa is kleiner) is de zwaartekracht kleiner dan bij een zwaar voorwerp
(massa is groter).
Als er geen lucht was, dan zouden lichte en zware voorwerpen even snel naar
beneden vallen. Maar er is wel lucht en een vallend voorwerp moet die lucht
wegduwen. Je kunt ook zeggen dat de lucht tegen een vallend voorwerp duwt.
Dit heet luchtweerstand en werkt het vallen tegen. Als een voorwerp sneller
beweegt, dan is de luchtweerstand groter.
De snelheid van een vallend voorwerp hangt af van de zwaartekracht en de
luchtweerstand. De zwaartekracht versnelt een voorwerp, de luchtweerstand
remt een voorwerp af. Omdat de zwaartekracht bij zware voorwerpen groter is,
hebben ze minder last van de luchtweerstand, kunnen zware voorwerpen de
lucht sneller wegduwen en vallen ze sneller dan lichte voorwerpen.
Als je het vel papier op het boek legt en je laat ze samen vallen, dan duwt het
boek de lucht weg voor het papier. Het papier heeft weinig last van de
luchtweerstand en kan dus sneller vallen dan wanneer je het zonder boek laat
vallen.
De zwaartekracht (gravitatie) is de kracht die de aarde op een voorwerp uitoefent. Door de
zwaartekracht vallen voorwerpen loodrecht op de aarde.
Alle hemellichamen (sterren, planeten) oefenen een zwaartekracht uit.
Op de maan is de zwaartekracht kleiner dan op de aarde en op de zon is de zwaartekracht groter
dan op de aarde (in bijlage 7 staat leuke info over de invloed van de zwaartekracht).
Hoe groot de zwaartekracht op aarde is, hangt af van de massa van het voorwerp.
Extra informatie
De zwaartekracht (het effect van de aantrekking van de planeet op het voorwerp i.c.m. zijn
massa) is afhankelijk van:
- de planeet zelf
- de massa van het voorwerp
- de afstand tot de planeet
- plaats op de planeet van het voorwerp
Een massa van 1 kg wordt door de aarde aangetrokken met een kracht van ongeveer 9,81 N.
De massa meet je met een balans. De zwaartekracht kun je meten met een veerunster.
De zwaartekracht kunnen we berekenen met de volgende formule:
Zwaartekracht = massa in kg . 9,81 N/kg
In formule: Fz = m . 9,81
Voor het gemak ronden we 9,81 N/kg vaak af in 10 N/kg (let bij vragen op wat er gegeven is)
Fz = m . 10
Fz = de zwaartekracht in N
m = de massa in kg
Op aarde geldt:
gewicht = zwaartekracht = 10 . de massa
in formule: Fg = Fz = 10 . m
(de massa moet de eenheid kg hebben!!!!)
Let op!
Als je in de lucht springt ben je in de lucht gewichtloos. Je hebt wel massa maar je oefent geen kracht uit.
Het gewicht (FG) van een voorwerp is de kracht die dat voorwerp op zijn ondersteuning of ophanging
uitoefent (zie blz. 11). Als je in de lucht hangt oefen je geen kracht uit.
Als een voorwerp valt, is zijn gewicht dus nul. Alleen de zwaartekracht werkt op het voorwerp.
Als een voorwerp op een tafel staat, dan werkt de zwaartekracht op het voorwerp maar heeft het voorwerp
ook gewicht. In vele gevallen is het gewicht van een voorwerp even groot als de zwaartekracht op dat
voorwerp.
Reken voorbeeld:
Gegeven:
m = 54 kg
Gevraagd:
Fz = ?
De formule die je gaat gebruiken:
Fz = m . 10
Berekening:
Fz = 54 kg . 10 N/kg = 540 N
Antwoord: Fz = 540 N
Maak de volgende vragen:
Gegeven:
Zwaartekracht maan: 1,6 Newton
Zwaartekracht aarde: 9,8 Newton
1 Hoe groot is de massa van een mens van 80 kg op de maan en hoe groot is
die op de aarde?
2 Hoeveel kracht is er nodig om op de maan een steen van 10 kg op te
tillen?
3 Hoeveel meer kracht heb je op de aarde nodig dan op de maan om
10000 g op te tillen?
4 De zwaartekracht op aarde op een blok beton is 7000 N.
A Hoe groot is de massa op de aarde?
B Hoe groot is de massa op de maan?
5 Hoeveel kracht is er nodig op de maan om de volgende voorwerpen op te
tillen.
A kandelaar van 1500 g.
B een paard van 500 kg.
C plak kaas van 10 g.
6 Hoeveel meer kracht is er op de aarde nodig om de voorwerpen van
vraag 5 op te tillen.
ZWAARTEPUNT
Als je een voorwerp hebt dan werkt de zwaartekracht op het hele voorwerp. Van een voorwerp
kun het zwaartepunt bepalen. In het vervolg mag je aannemen dat de zwaartekracht alleen op
het zwaartepunt werkt.
Het zwaartepunt is de plaats waarin iets gesteund kan worden of kan worden opgehangen terwijl
het in verschillende standen blijft staan of hangen. Bij een massief metalen kubus bijvoorbeeld,
bevindt het zwaartepunt zich precies in het midden.
Bij een vel papier kun je het zwaartepunt vinden door de diagonalen te trekken en het snijpunt te
zoeken. In dit punt kun je het papier ophangen of op een puntig voorwerp leggen. Wanneer je
het ophangt, zal het in alle standen blijven staan. Bij een onregelmatige vorm, kunnen we in een
willekeurig punt een punaise prikken en daaraan een draad hangen met iets zwaars eraan. We
trekken precies langs de draad een lijn. Vervolgens herhalen we dit vanuit een ander willekeurig
punt. Het snijpunt van de lijnen is het zwaartepunt. Het zwaartepunt kan ook buiten een
bepaalde vorm liggen.
afbeelding van: www.kidzlab.nl
Een voorwerp opgehangen in het zwaartepunt noemen we indifferent evenwicht (A). Dit geldt ook
voor een knikker op een horizontaal vlak. Wanneer we iets ophangen boven het zwaartepunt
noemen we dit stabiel evenwicht (B). Iets ophangen onder het zwaartepunt geeft een labiel
evenwicht (C).
A
Afbeeldingen van: wikipedia
Het balletje bij A – indifferent:
Het maakt niet uit waar het balletje zich bevindt, waar je het ook neerlegt, het zal blijven liggen.
Elke positie is een evenwicht positie.
Het balletje bij B – stabiel:
Een verstoring van buitenaf (een duwtje) kan het balletje opzij rollen, maar het zal zelf weer
terug rollen naar positie B.
Het balletje bij C – labiel:
Elk duwtje, hoe klein ook, zal het balletje weg laten rollen. Het komt ook nooit meer terug bij C.