Krachten - science-natuurkunde

Werkblad 1 - Thema 14
(NIVEAU GEVORDERD)
Wat is een kracht?
Tijdens het afwassen laat Jeroen een kopje vallen. Zoals te zien op de plaatjes valt het kopje kapot. Er
moet dus een kracht werken op het kopje bij het op de grond komen. De grond oefent een kracht uit
op het kopje, waardoor het kapot gaat.
Aan de andere kant, als je het kopje loslaat, komt het in beweging. Sterker nog: het valt steeds
sneller naar beneden. De snelheid verandert gedurende de gehele val. Op het moment dat het kopje
de grond raakt neemt de snelheid ineens af. De grond gaat nu een kracht omhoog uitoefenen. Zowel
de zwaartekracht, als de kracht van de grond werken op het kopje. De krachten werken zo hard dat
het kopje dit niet aankan, het wordt uit elkaar getrokken.
In de natuurkunde zeggen we dat:
In de natuurkunde is een kracht iets dat de snelheid van een voorwerp altijd wil veranderen.
Krachtenevenwicht
Toch zijn er bij jullie genoeg situaties bekent waarbij je weet dat er een kracht werkt, maar dat er
toch geen verandering van snelheid is. Ga maar na, je zit stil op je stoel terwijl je weet, (voelt), dat er
een zwaartekracht werkt. We gaan dan in de natuurkunde van de volgende regel uit.
Als iets op zijn plaats blijft of niet van snelheid verandert, dan werken er krachten op dat voorwerp
die elkaar precies opheffen, elkaar compenseren. Er is krachtenevenwicht.
Als een voorwerp een kracht ondervindt zal deze kracht
de snelheid van dat voorwerp willen veranderen. Het
kan zijn dat het voorwerp tegenwerkt en op zijn plaats
blijft. Hiervoor zal het dan wel eerst moeten
vervormen. Zie het voorbeeld van de man op de plank.
Ook bij de man met de tas en de man met de koffer is
dit het geval. De hand van de man wordt iets in elkaar
geduwd en het hengsel van de tas rekt iets uit.
Je ziet dat de aanwezigheid van krachten verschillende gevolgen voor een voorwerp kan hebben. Het
voorwerp kan:
a) vervormen;
b) van snelheid veranderen;
c) op zijn plaats worden gehouden
d) de snelheid kan door de krachten constant gehouden worden;
Vragen
1. In een vechtpartij slaat iemand een andere persoon tegen zijn kin. Geef aan hoe je kunt merken
dat de ene persoon een kracht uitgeoefend op de andere persoon: (Noem met behulp van het
rode stukje hierboven 2 dingen die zouden kunnen gebeuren)
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………
2.
Twee personen staan tegen elkaar aan te duwen. Leg uit hoe je kunt zien dat deze personen
krachten op elkaar uitoefenen. (Noem met behulp van het rode stukje hierboven 4 dingen die
zouden kunnen gebeuren)
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………
………………..…………………………………………………………………………………………………………………………………………
……….………………………….
practicum 1
In dit practicum ga je aan de gang met het begrip kracht en de invloed die het heeft op de beweging
van een voorwerp. Bij dit practicum komen de begrippen massa en volume, zwaartekracht en
opwaartse kracht uit het vorige thema terug.
Hier volgt een korte beschrijving wat je op dit moment bij deze begrippen moet voorstellen:
 Massa: hoe meer massa een voorwerp heeft, hoe groter de zwaartekracht wordt.
 Volume: hoe groter het volume, hoe meer ruimte een voorwerp inneemt.
 Opwaartse kracht: Een kracht die naar boven werkt.
Voer de experimentjes in 2-tallen uit.
Benodigd practicummateriaal: een velletje papier (liggen klaar of vraag docent).
Opdracht 1
Laat een velletje papier op borsthoogte los waarbij je het papier horizontaal houdt.
Schrijf je waarnemingen op waarbij je er op let hoe de snelheid van het papier verandert:
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………
………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………..………
Kies het juiste onderstreepte woord:
Op de momenten dat de snelheid niet veranderde werkte er wel/ geen kracht.
Op de momenten dat de snelheid wel veranderde werkte er wel/ geen kracht.
De zwaartekracht wil het voorwerp wel/ niet de hele tijd sneller naar beneden laten gaan.
Experiment 2
Laat nu het vel vallen van borsthoogte, maar houdt het nu verticaal .
Schrijf je waarnemingen op waarbij je weer er op let hoe de snelheid van het papier verandert:
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
Kies het juiste onderstreepte woord:
De zwaartekracht is in het 2de experiment groter dan/kleiner dan/gelijk aan de zwaartekracht in het
1ste experiment.
Op het papier werkte in beide situaties een opwaartse kracht:
De opwaartse kracht is in het 2de experiment groter dan/kleiner dan/gelijk aan de opwaartse kracht
in het 1ste experiment.
Geef een verklaring waarom in het 2de experiment het papier sneller viel dan in het 1ste experiment
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
Opdracht 3
Bekijk het volgende filmpje eens: http://www.youtube.com/watch?v=nwo9l01G4eA
Geef een verklaring voor datgene wat je gezien hebt.
Kies het juiste onderstreepte woord:
1. De massa van de hamer is groter/kleiner dan van de veer
2. Er is wel/geen lucht op de maan.
3. Er kan wel/geen opwaartse kracht werken op de maan veroorzaakt door lucht.
4. De zwaartekracht op de hamer is groter/kleiner dan op de veer.
5. De hamer zou door de zwaartekracht sneller/langzamer moeten vallen dan de veer
6. Een veer breng je makkelijk/moeilijker in beweging dan een hamer.
7. De hamer zou door het moeilijker in beweging te brengen zijn sneller/langzamer moeten
vallen dan de veer.
Leg uit dat de hamer en de veer even snel vallen met behulp van de antwoorden 1 t/7 die hierboven
hebt gegeven.
De zwaartekracht wil de hamer wel sneller laten bewegen, maar de massa houdt dat tegen, daarom
vallen hamer en veer precies even snel. Het zou anders zijn als er lucht is, zoals op aarde.
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………
………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………..………
Zie volgend blad voor vervolg
Nettokracht, somkracht en resulterende kracht.
Werken er meerdere krachten op een voorwerp, dan zal elk van die krachten de snelheid van het
voorwerp willen veranderen. Soms zal de snelheid van het voorwerpen hierdoor veranderen, soms
ook niet.
Als de snelheid verandert, is dat altijd in één richting. Het effect van al die krachten samen is net of
er maar één kracht werkt, alle krachten samen leveren één kracht. Deze kracht heeft een aparte
naam, we noemen hem de resulterende kracht, (het resultaat van alle krachten samen), als afkorting
schrijven we wel Fr, of Fres.
In het plaatje hiernaast zie je een situatie waar er meerder
krachten op een voorwerp werken.
Cees en Ines trekken de kar van Onno naar rechts. Cees
oefent een spierkracht uit van 63 N en Ines trekt met 59 N.
Onno trekt de andere kant op met een kracht van 73 N.
Er werkt dus 63 + 59 = 122 N de ene, en 73 N de andere
kant op. Dat is hetzelfde als er één persoon met 122 - 73 =
49 N naar rechts zou trekken. De resulterende kracht is 49
N naar rechts.
Omdat er hier sprake is van het optellen van krachten wordt de resulterende kracht ook wel de
somkracht genoemd. Aan de andere kant zie je dat in het voorbeeld er niet alleen krachten worden
opgeteld, ze worden ook van elkaar afgetrokken, daarom wordt de resulterende kracht ook wel de
netto kracht genoemd. Deze namen worden in de natuurkunde door elkaar heen gebruikt.
Als de snelheid van een voorwerp niet verandert, dan blijft er na het samennemen van de krachten
blijkbaar geen kracht over die het voorwerp nog van snelheid wil veranderen. De resulterende kracht
is dan 0 N. In dat geval is er sprake van een evenwicht.
De resulterende kracht op een voorwerp is nul als dat voorwerp stil staat of met constante snelheid
beweegt.
Vragen
3. Leg uit of in de experimenten die je in werkblad 1 hebt uitgevoerd er ook sprake zal zijn geweest
van wrijvingskrachten en zo ja, welke invloed hadden die dan?
4.
5.
6.
7.
Een agenda ligt stil op de bank. Hoe groot is de somkracht? Leg uit.
0 N, stilstand
Een trein rijdt met een constante snelheid van 125 km/h
Hoe groot is de resulterende kracht? Leg uit waarom.
0 N, constante snelheid
Een fietser waarop een zwaartekracht werkt van 740 N fietst met een snelheid van 15 km/h en remt
met een kracht van 150 N. In de volgende vragen staat het begrip netto kracht centraal.
a. Geef 2 andere woorden voor netto-kracht.
b. Wat kun je zeggen over de netto kracht in horizontale richting?
Alleen remkracht werkt, de nettokracht is dus 150 N.
c. Wat kun je zeggen over de netto kracht in verticale richting?
0N, Fiets verandert niet van snelheid omhoog of omlaat.
d. Hoe groot is de netto kracht als je stilstaat?
0 N, geen beweging.
Een schooltas waarop een zwaartekracht werkt van 70 N staat op de grond.
a. Leg uit hoe groot de resulterende kracht op de tas is.
0 N, stilstand
Je tilt de tas rustig, met constante snelheid op.
b. Leg uit hoe groot je spierkracht is.
Resulterende kracht 0 N, constante snelheid. Dus spierkracht gelijk aan zwaartekracht is 70 N.
Je laat je tas los zodat deze weer op de grond valt.
c. Hoe groot is de resulterende kracht tijdens het vallen?
Alleen spierkracht werkt, dus resulterende kracht is 70 N.
Practicum 2
Benodigd practicummateriaal: een balletje, een vel papier en rietjes (liggen klaar of vraag docent).
Opdracht 1
Zet op het vel papier een lijn en probeer het balletje langs de lijn te laten bewegen door er tegenaan
te blazen. Kijk hoe goed dit lukt.
Schrijf je waarnemingen op waarbij je er op let hoe de snelheid van het balletje verandert terwijl je
blaast:
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
Zolang als je blaast wil de kracht die je uitoefent op het balletje wel/niet de snelheid van het balletje
veranderen.
Als de snelheid van het balletje niet veranderde wat kun je dan zeggen over de resulterende kracht.
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
Leg uit dat, als de snelheid constant is terwijl je blaast, er meer dan 1 kracht op het balletje moet
werken.
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
Vectoren
Bij het blazen tegen het balletje moet je niet alleen rekening houden met hoe hard je blaast, maar
ook in welke richting je blaast. Als het bij een grootheid niet alleen uitmaakt hoe groot de grootheid
is, maar er ook rekening gehouden moet worden met de richting waarin de grootheid werkt, dan
noemen we zo’n grootheid een vectorgrootheid. Krachten behoren daar dus toe.
Om beide aspecten van de kracht, (grootte en richting) duidelijk weer te geven wordt gebruik
gemaakt van een vector. Een vector is een wiskundige naam voor een pijl die de volgende
eigenschappen:
1. De pijl begint op de plaats waar de kracht werkt, het aangrijpingspunt.
2. De pijlpunt wijst in de richting waarin de kracht werkt.
3. In een tekening waarin meer krachten zijn getekend, wordt een grotere kracht ook met een
grotere pijl aangegeven.
In een situatie dat er tegen een voetbal wordt getrapt, begint de pijl daar waar de voet de bal raakt.
Vervolgens wijst de pijl in de richting waar de kracht van de voet de bal heen wil sturen. Met de
lengte van de pijl geef je aan of de kracht groot of klein is. Deze situatie staat afgebeeld in de
volgende tekening.
Vragen
8.
In de tekening zie je een fietser staan voor een rood stoplicht en een mug die geraakt wordt door
een vliegenmepper.
a. Geef in tekeningen met een pijl de kracht aan die werkt op de fiets en de mug. Zorg dat de
kracht op de juiste plaats begint en in de juiste richting wijst.
9.
Een fietser rijdt met constante snelheid. Hieronder staan 3 afbeeldingen met daarop de fiets en de
voorwaartse en achterwaartse kracht weergegeven, (voor het overzicht is de fietser weggelaten).
a. Leg uit of de vectoren die hier getekend staan op de juiste plaats zijn getekend.
Nee, ze zouden ergens op de fiets moeten werken
b. Leg uit welke afbeelding bij de genoemde situatie hoort waarbij de snelheid van de fietser
constant is.
Snelheid constante, resulterende kracht is 0 N. Dus afbeelding b.
c. Leg uit wat er met de snelheid van de fiets gebeurd in de andere 2 situaties.
Bij a, de fiets versnelt en bij c de fiets vertraagd.