2 Zwaartekracht, gewicht en stabiliteit

1 Krachten
Een kracht is een natuurkundige grootheid waardoor in een lichaam (een voorwerp wat je
kunt zien/aanraken) een spanning of druk ontstaat die het lichaam doet versnellen (laat
bewegen). Een kracht heeft een richting en een grootte hierdoor kun je een kracht ook wel
een vectorgrootheid noemen.
Als een kracht groot genoeg is kan het een lichaam doen vervormen, dit kan elastische- en
plastische vervormingen veroorzaken, bij een elastische vervorming neemt de
oorspronkelijke vorm zich weer aan als de kracht uitgewerkt is, dit is niet het geval met
plastische vervormingen want hierbij veranderd de vorm permanent (tenzij het bv. een
autocrash is, je zou je auto kunnen laten repareren). De beweging van het voorwerp kan ook
veranderen, zo beweegt een etui als je het van je af duwt.
Er zijn verschillende soorten kracht zoals veerkracht Fv, spierkracht Fsp en zwaartekracht Fz.
De eenheid van kracht wordt uitgedrukt in Newton (N – Isaac Newton 1642 - 1727). Je kunt
de zwaartekracht op een voorwerp uitrekenen met de formule:
Fz = m  9,8
Fz = N
m = Kg
Krachten kan je uitdrukken met pijlen (een vector), de richting van een vector geeft de
richting van de kracht aan, de lengte geeft de grootte van de kracht aan en de plaats waar je
vector begint heet het aangrijpingspunt. Het massamiddelpunt Z is het punt wat je kiest
waar je kracht werkt, want anders zou je erg veel pijlen hebben als je de zwaartekracht op
een boek met een vector moest tekenen. Bijna altijd werken er meer dan 1 krachten op een
voorwerp, uit al deze krachten kun je 1 kracht maken die voor hetzelfde gevolg zorgt als alle
andere krachten, zo’n kracht noem je de netto kracht of resultante. De resultante is te
berekenen door alle krachten bij elkaar op te tellen, krachten die links staan tel je als
negatieve getallen op en de krachten rechts als positieve. De lijnen waar de krachten werken
heten de werklijnen. Als krachten in ongelijke richtingen werken kun je de parallellogrammethode gebruiken om je resultante te berekenen.
1
2 Zwaartekracht, gewicht en stabiliteit
Een schilderij oefent een kracht uit op het koord waar het aan hangt, dit is een voorbeeld
van gewicht (G). Maar de zwaartekracht werkt op het schilderij.
Zwaartekracht en gewicht zijn verschillende krachten. De zwaartekracht werkt altijd op het
voorwerp, terwijl het gewicht een kracht is van het voorwerp op de ondergrond (waarop het
voorwerp staat) of het koord (waaraan het voorwerp hangt). De zwaartekracht en het
gewicht zijn in rustsituaties gelijk qua grootte. Maar als je bijvoorbeeld wandelt, verandert je
gewicht voortdurend, terwijl de zwaartekracht steeds hetzelfde blijft. Een ander voorbeeld:
op een vallende steen werkt wel de zwaartekracht, maar tijdens de val heeft de steen geen
gewicht. Hij is dan gewichtloos, omdat hij geen kracht op de grond of op een ‘ophangpunt’
uitoefent.
Alle voorwerpen oefenen een aantrekkende kracht op elkaar uit, dat komt doordat alle
voorwerpen een massa hebben, deze aantrekkingskracht is groter:
• Als de massa’s van de voorwerpen groter zijn.
• Als de voorwerpen zich dichter bij elkaar bevinden.
De zwaartekracht op een potlood is een voorbeeld van de aantrekkingskracht tussen twee
massa’s: die van het potlood en die van de aarde. Dat een boek harder wordt aangetrokken
door de aarde komt, doordat de massa van het boek groter is.
Alle voorwerpen hebben een zwaartepunt, dit is een punt waar de zwaartekracht het
voorwerp ‘’vast pakt’’. Je steunvlak van een voorwerp is de ondergrond waar je voorwerp op
staat (dus als je een stoel hebt met 4 poten is je steun vlak tussen de poten in). Je voorwerp
is (meestal) stabiel (/in evenwicht) als je zwaartepunt zich boven de steunvlak bevindt, je
voorwerp is (meestal) instabiel (/niet in evenwicht) als het zwaartepunt zich niet boven het
steunvlak bevindt. Dat Z echt het zwaartepunt is, kun je controleren door het voorwerp op je
vinger te laten balanceren. Als je vinger zich precies onder Z bevindt, moet het voorwerp in
evenwicht zijn. Het zwaartepunt kan zich ook buiten het voorwerp bevinden, bijvoorbeeld bij
een ring.
Een voorwerp kan in evenwicht zijn, maar toch gemakkelijk omvallen als je er een zetje
tegenaan geeft. De stabiliteit van zo’n voorwerp is niet groot. Bijvoorbeeld vazen, hijskranen
en keukentrappen.
Je kunt de stabiliteit op twee manieren vergroten:
1. Het steunvlak vergroten. Een auto is stabieler naarmate de afstand tussen de wielen
groter is.
2. Het zwaartepunt lager leggen. Een auto is stabieler naarmate de (zware) motor lager in
het voertuig geplaatst wordt.
Je kunt het zwaartepunt ook verlagen door meer massa aan de onderkant van een voorwerp
aan te brengen. Een hijskraan wordt bijvoorbeeld stabieler gemaakt door de voet te
verzwaren met blokken beton.
2
3 Krachten meten
Krachten kun je meten met een krachtmeter/veerunster, je kunt het ook een veerunster
noemen omdat je meter is gebaseerd op een veer. Voor je een kracht kunt meten moet je je
krachtmeter ijken, dit zou je bijvoorbeeld kunnen doen door er een gewicht aan te hangen
waarvan je precies weet hoeveel het weegt.
De meeste uitrekkingen van veren zijn recht evenredig, dit betekent dat als je kracht n keer
zo groot wordt, wordt je uitrekking ook n keer zo groot, het verband tussen je kracht en je
uitrekking noem je daarom ook recht evenredig verband.
Je veerconstante (of wel evenredigheidsconstante) geeft de stugheid van je veer aan. Je kunt
de veerconstante berekenen door de volgende formule toe te passen:
𝐶=
𝐹
𝑢
C = N/cm of N/m
F=N
u = cm of m
3
4 Hefbomen
Er is sprake van evenwicht als je gewicht links hetzelfde is als het gewicht rechts, je kunt ook
evenwicht creëren door de zwaardere voorwerpen dichterbij je draaipunt neer te zetten. De
afstand tussen de kracht dat je voorwerp uitoefent en je draaipunt heet de arm (d). je kunt
je evenwicht berekenen door de volgende formule te gebruiken:
F ● d (links) = F ● d (rechts)
F=N
d = arm
deze formule wordt ook wel je moment (M) genoemd, de momenten wet luid:
Er is evenwicht als de som van alle momenten linksom even groot is als de som van alle
momenten rechtsom.
Voorbeeld:
Marieke (40 Kg) zit op 3 m v/h draaipunt van een wip, waar moet Bart (60 Kg) gaan zitten
om de wip in evenwicht te brengen?
F ● d (links) = F ● d (rechts)
(40 x 9,8) x 3 = (60 x 9,8) x d
392 N x 3 = 588 N x d
1176 = (1176/588=2) 1176
3 m v/h draaipunt = 2 m v/h draaipunt
4
5 Druk
Hoe groter de oppervlak van een voorwerp op de ondergrond is, hoe kleiner de druk is op de
ondergrond. Je kunt de druk van een voorwerp bereken met de volgende formule:
𝑑𝑟𝑢𝑘 =
𝑘𝑟𝑎𝑐ℎ𝑡
𝑜𝑝𝑝𝑒𝑟𝑣𝑙𝑎𝑘𝑡𝑒
of
𝑝=
𝐹
𝐴
p = N/m2
F=N
A = m2
Je kunt p ook uitdrukken in Pa (pascal – Blaise Pascal 1623 – 1662). Het contactoppervlak is
het gebied waarover de kracht wordt verdeeld. De maximale drukt dat een voorwerp kan
verdragen heet de druksterkte, om aan te geven wanneer een voorwerp breekt als eraan
wordt getrokken. De druk- en treksterktes worden meestal uitgedrukt in kN/cm2 dit
betekent dat 1 kN gelijk staat aan 1000 N en dat je kracht wordt verdeeld over 1 cm 2.
5
Begrippen
F – Kracht
Fz – Zwaartekracht
Fv – Veerkracht
Fsp – Spierkracht
M – Massa
G – Gewicht
N – Newton
C – Veerconstante
u – Uitwijking (lengte)
d – Arm
M – Moment
p – druk
A – oppervlak(te)
Formules
Fz = m  9,8
𝐶=
𝐹
𝑢
F ● d (links) = F ● d (rechts)
𝑝=
𝐹
𝐴
6