Kennisbank NaSk

Kennisbank NaSk

Kennisbank NaSk

Introductie

Welkom bij de Kennisbank NaSk.
Op deze site vind je de theorie bij de Stercollecties NaSk voor klas 2 en 3 hv en klas 3 en 4 vmbo.

Kies één van de 12 domeinen en kies vervolgens een onderdeel uit de Kennisbank.

  • Stoffen en materialen
  • Elektriciteit
  • verbranden-verwarmen
  • Licht en beeld
  • Geluid
  • Kracht en veiligheid
  • Bouw van materie
  • Straling
  • Ruimte
  • Verkeer
  • Constructies

Veel succes!

K04 Stoffen en materialen

Stoffen en eigenschaooen

Stoffen en eigenschappen

Voorbeelden van stoffen zijn metaal, plastic, glas, katoen, etc.
Een stof kun je herkennen aan zijn stofeigenschappen.
Voorbeelden van stofeigenschappen zijn:

  • kleur: goud heeft zijn eigen kleur.
  • geur: benzine kun je ruiken.
  • smaak: suiker smaakt zoet, citroen smaakt zuur.
  • brandbaarheid: hout is brandbaar, water brandt niet.
  • geleiding: metalen geleiden warmte en elektriciteit.
  • magnetisme: ijzer kan magnetisch zijn.

Materiaalgroepen zijn materialen met overeenkomstige eigenschappen.
Voorbeelden van materiaalgroepen zijn:

hout keramiek
plastics (kunststoffen)   textiel
metalen glas
steen  

 

Materiaalgroepen - Vorm-functie relaties

Hout
Hout is een materiaalgroep. Hout is gemakkelijk te bewerken. Voorwerpen die van hout gemaakt zijn, moeten wel beschermd worden tegen vocht en tegen aantasting door schimmels. Hout is een goede isolator voor elektriciteit. Hout is brandbaar.

Keramiek
Voorbeelden van keramische voorwerpen zijn bakstenen, dakpannen en porselein. De voorwerpen zijn gemaakt van klei. Nadat de klei in de juiste vorm is gebracht, wordt de klei verhit, waardoor de klei hard wordt. Keramiek is niet buigzaam, maar wel breekbaar. Keramiek is doorgaans goed bestand tegen hoge temperaturen en tegen bijtende stoffen.

Plastics
Plastics zijn kunststoffen. De grondstof voor plastics is aardolie. Voordelen van plastics zijn onder andere dat ze sterk zijn, ze makkelijk te bewerken zijn en dat ze goedkoop zijn. Nadelen van plastics zijn dat het veel energie kost om ze te maken en dat niet meer afbreekbaar zijn in de natuur.

Textiel
Textiel is een verzamelnaam voor doeksoorten die gemaakt zijn van vezels. Voorbeelden van natuurlijke vezels zijn katoen, wol, zijde en linnen. Naast natuurlijke vezels heb je ook kunstvezels, die meestal uit aardolie worden geproduceerd. Bij de fabricage van natuurlijke vezels komen weinig of geen schadelijke stoffen vrij.
Natuurlijke vezels zijn goed afbreekbaar. Een nadeel is dat natuurlijke vezels minder sterk zijn dan kunststof vezels.

Metalen
Voorbeelden van metalen zijn ijzer, nikkel, aluminium, koper, etc.
Metalen worden gewonnen uit erts. Voorwerpen die van een metaal gemaakt zijn kunnen meestal verbogen of ingedeukt worden, maar zullen niet snel breken.
Metalen voorwerpen glanzen meestal en ze zijn goede geleiders van warmte en elektriciteit. En veel metalen kunnen magnetisch worden gemaakt.
Een legering is een mengsel van twee of meer metalen.

Zuiver of gemengd?

De bouwstenen van stoffen noem je moleculen. Als een stof uit één soort moleculen bestaat, spreek je van een zuivere stof. Zuiver water bestaat uit alleen watermoleculen. 24-karaats goud is ook een voorbeeld van een zuivere stof. Zink, lood en tin zijn metalen die vaak in hun zuivere vorm worden gebruikt.
Bestaat een stof uit meerdere soorten moleculen dan spreek je van een mengsel. Een voorbeeld van een gasmengsel is lucht. In lucht zitten zuurstof-, stikstof- en kooldioxidemoleculen.

Er zijn verschillende soorten mengsels, bijvoorbeeld:

  • een oplossing: een mengsel van twee stoffen waarbij de verschillende stoffen helemaal door en door gemengd zijn.
  • een suspensie: een mengsel van een vaste stof in een vloeistof. De vaste stof is niet door en door gemengd. Je krijgt een troebele vloeistof.
  • een emulsie: een mengsel van twee vloeistoffen. De vloeistoffen zijn niet door en door gemengd.
  • een legering: een mengsel van twee of meer metalen.

Scheiden

Er zijn verschillende scheidingsmethoden om een mengsel van twee stoffen te scheiden.
Voorbeelden van scheidingsmethoden zijn:

Indampen
Door indampen kun je mengsel van een vaste stof en een vloeistof scheiden. Door het mengsel te verwarmen, verdampt de vloeistof. De vaste stof blijft over.

Extraheren
Soms kun je een mengsel van twee vaste stoffen scheiden door water bij het mengsel te gooien. Als één van de twee vaste stoffen oplost in het water houd je de andere vaste stof over.

Filtreren
Een suspensie kun je vaak scheiden door het mengsel te filtreren. De vaste stof blijft op het filter liggen. De vloeistof gaat door het filter heen.

Bezinken en afschenken
In een mengsel van een vaste, niet-oplosbare stof en een vloeistof zal na enige tijd de vaste stof bezinken. Door de vloeistof af te schenken van de vaste stof (ook wel decanteren genoemd) kan het mengsel worden gescheiden.

Centrifugeren
Als in een mengsel van een vaste, niet-oplosbare stof en een vloeistof de vaste stof niet snel genoeg bezinkt, maakt men gebruik van centrifugeren. Hierbij wordt het mengsel in een centrifuge snel rondgedraaid.

Destilleren
Tijdens een destillatie wordt een mengsel van stoffen gescheiden op basis van een onderling verschil in kookpunt. Zie afbeelding.

Vast, vloeibaar en gas

Vast, vloeibaar, gas

De bouwstenen van stoffen zijn moleculen.
Stoffen kun je onderverdelen in:

Vaste stoffen
In vaste stoffen zitten de moleculen dicht op elkaar geplakt.
De moleculen kunnen uitsluitend op hun plaats trillen.

Vloeibare stoffen
In vloeistoffen zitten de moleculen iets minder dicht op elkaar en kunnen ze langs elkaar heen bewegen.

Gassen
In gassen bewegen de moleculen op grote afstand van elkaar.

Fase-overgangen

De meeste stoffen kunnen zowel voorkomen als vaste stof, als vloeistof en gasvormig.
Je spreekt van drie fasen waarin de stof voor kan komen.
In welke fase een stof voorkomt, is afhankelijk van de snelheid waarmee de moleculen bewegen. Als de temperatuur van een stof verandert, verandert de snelheid waarmee de moleculen bewegen.

Er zijn zes fase-overgangen mogelijk:

  • van vast naar vloeibaar
  • van vloeibaar naar vast
  • van vloeibaar naar gas
  • van gas naar vloeibaar
  • van vast naar gas
  • van gas naar vast.

Smelten en stollen

Als een vaste stof overgaat in een vloeistof noem je dat smelten.
Je spreekt van stollen als een vloeistof overgaat in een vaste stof.
Het smeltpunt of stolpunt is die temperatuur waarbij de moleculen zo snel bewegen,
dat de vaste stof overgaat in een vloeistof of omgekeerd.


Het smeltpunt of stolpunt verschilt per stof.
Daarom zijn het smeltpunt en stolpunt stofeigenschappen van de stof.
Het smeltpunt van water ligt bij 0 °C.
Het smeltpunt van alcohol ligt bij -114°C

Verdampen en condenseren

Als een vloeistof over gaat in een gas noem je dat verdampen.
Je spreekt van condenseren als een gas overgaat in een vloeistof.
Het kookpunt is de temperatuur waarbij de moleculen zo snel bewegen
dat ze aan de vloeistof ontsnappen en gas worden.


Ook het kookpunt verschilt per stof.
Het kookpunt van water ligt bij 100 °C.
Het kookpunt van alcohol ligt bij 78°C

Rijpen en vervluchten

Rijpen is de overgang van een stof van de gas fase naar de vaste fase.
Normaal gaat de overgang gas naar vast in twee stappen.
Eerst condenseert het gas zodat het een vloeistof wordt die hierna kan stollen,
maar de vloeistoffase komt dus niet om de hoek kijken bij rijpen.
Het tegenovergestelde van rijpen wordt vervluchting of sublimeren genoemd.


Een voorbeeld van rijping is het ontstaan van ijsbloemen.
IJsbloemen ontstaan als waterdamp tegen een ruit aankomt waarvan de temperatuur 0°C is.

Verbruik van stoffen

Verbruik van stoffen

Stoffen die verbruikt worden voor het maken van producten worden grondstoffen genoemd. Veel grondstoffen komen uit de natuur, bijvoorbeeld ijzer, kalksteen, aardolie, etc.

Bij het produceren en consumeren van stoffen komt afval vrij.
Het meeste afval ontstaat in fabrieken en bij de bouw van huizen, maar daarna komt het huishoudelijk afval.

Lucht, water en grond vormen het milieu. Natuurlijke grondstoffen komen uit het milieu. Afvalstoffen gaan vaak terug in het milieu

Scheiden van afval en recycling

Tegenwoordig wordt afval veelal gescheiden ingeleverd.
Papier en karton gaan in de papierbak.
Groente-, fruit- en tuinafval (GFT-afval) gaan in de groene container.
Plastic in de 'Plastic Heroes' bakken,
klein chemisch afval (KCA) naar de chemokar en het restafval in de grijze container.

Door afval gescheiden aan te bieden kan afval makkelijker opnieuw gebruikt worden in het productieproces. Afval wordt dan gerecycled.

Afvalverwerking en milieuvriendelijk gedrag

Ongeveer de helft van ons afval komt terecht op stortplaatsen. Een deel van dat afval kan worden verwerkt tot compost en een deel verdwijnt in een vuilverbrandingsoven. Een nadeel van het verbranden van afval is dat er koolstofdioxide vrijkomt bij het verbranden. Koolstofdioxide is een gas dat bijdraagt tot het broeikaseffect.

Milieuvriendelijk gedrag is gedrag dat er op gericht is de afvalberg niet te groot te laten worden.
Voorbeelden van milieuvriendelijk gedrag zijn:

  • producten kopen met een milieukeurmerk
  • groene energie gebruiken
  • producten hergebruiken
  • spaarlampen gebruiken.

Veiligheid

Veiligheid

Voor de de meeste stoffen geldt dat je geen beschermende maatregelen hoeft te nemen als je met de stof werkt. Sommige producten kunnen wel gevaarlijk zijn. Op de verpakkingen van die gevaarlijke stoffen staat dan een gevarensymbool.

Hieronder zie je een aantal voorbeelden van gevarensymbolen:

Als je met gevaarlijke stoffen werkt, neem je beschermende maatregelen.
Voorbeelden van beschermende maatregelen zijn:

  • het dragen van een veiligheidsbril als je met een brander werkt;
  • het dragen van een witte jas over je kleren als je werkt met chemicaliën;
  • het dragen van gehoorbeschermers als je werkt in een lawaaige omgeving;
  • het dragen van een helm als je op een plaats werkt waar voorwerpen kunnen vallen.

Als je van een onbekende stof gaat werken, kun je op een veiligheidskaart van die stof zien of de stof gevaarlijk is.

Massa, volume en dichtheid

Massa

De massa van een voorwerp bepaal je door het voorwerp te wegen.
Wegen doe je met een weegschaal of met een balans.

Het symbool voor massa is m.

De maat waarin je meet noem je de eenheid.
De eenheid van massa is gram (g) of kilogram (kg).
Er geldt: 1 kg = 1000g

Let op:
In de dagelijkse praktijk wordt ook het gewicht van een voorwerp vaak uitgedrukt in gram of kilogram. Maar dat is natuurkundig gezien niet juist.
Het gewicht druk je uit in Newton (N).
Er geldt: 1 kg ≈ 9,8 N

Volume

Een voorwerp, vloeistof of gas heeft een volume.
Het volume is de hoeveelheid ruimte die door het voorwerp, vloeistof of gas wordt ingenomen.
Het symbool voor volume is V.

Om het volume van een voorwerp weer te geven gebruik je als eenheid meestal cm³, dm³ of m³

  • 1 m³ = 1000 dm³
  • 1 dm³ = 1000 cm³

Voor het weergeven van het volume van een vloeistof of gas gebruik je als eenheid meestal liter (L) of (mL).

  • 1 L = 1000 mL
  • 1 L = 1 dm³

- 1 mL = 1 cm³

Volume bepalen

Het volume van een balk kun je bepalen door de lengte (l), de breedte (b) en de hoogte (h) van de balk op te meten. Voor het bereken van het volume van de balk gebruik je dan de formule:
Volume = lengte × breedte × hoogte.

Het volume van een vloeistof kun je bepalen met een maatglas of maatbeker. Op het maatglas zie een schaalverdeling. Op die schaalverdeling staat ook de eenheid waarin het maatglas meet.

Bij het aflezen van het maatglas houd je je oog even hoog als het vlakke deel van het wateroppervlak. Door een voorwerp in een maatglas met een vloeistof te gooien, kun je het volume van het voorwerp meten.

dichtheid

De dichtheid van een stof is de massa van 1 cm³ of 1 dm³ van die stof.
Dichtheid geeft je aan in g/cm³ of kg/dm³.
Het symbool voor de dichtheid is ρ (rho).

Omdat de massa van 1 liter water 1 kg is, is de dichtheid van water 1 kg/dm³.

Stoffen met een grotere dichtheid dan de dichtheid van water zinken in water.
Een stof met dichtheid kleiner dan 1 kg/dm³ drijft op water.

Als je de massa en het volume van een hoeveelheid stof weet, kun je de dichtheid uitrekenen met de formule:

de formule kun je ook schrijven als m = ρ × V en V = m : ρ

m is de massa in bijvoorbeeld g of kg
V is het volume in bijvoorbeeld cm³ of dm³ of m³
ρ is de dichtheid in bijvoorbeeld g/cm³ of kg/dm³

Rekenen

Voorbeeld 1
Een blokje goud heeft een massa van 96,5 gram.
Het volume van het blokje is 5 cmł.
Bereken de dichtheid (ρ) van goud.

Gegeven: m = 96,5 g, V = 5 cmł
Gevraagd: ρ = ?
Uitwerking:

Drijven, zinken en zweven

Water van 4°C heeft een dichtheid van 1 kg/dm³.

  • Stoffen met een kleinere dichtheid dan de dichtheid van water blijven drijven op het water.
  • Stoffen met een grotere dichtheid dan 1 kg/dm³ zinken als je ze in het water gooit.
  • Een stof zweeft in het water als de dichtheid van de stof gelijk is aan de dichtheid van water.

K05 Elektriciteit

Elektrische schakelingen

Elektriciteit

Elektriciteit wordt geleverd door een elektriciteitsbron of spanningsbron. Voorbeelden van spanningsbronnen zijn:

  • een batterij
  • een dynamo
  • een zonnecel
  • een elektriciteitscentrale.

De spanning die door elektriciteitscentrale wordt geleverd, noem je hoogspanning.
In een transformatiehuisje wordt hoogspanning omgezet in een spanning van 230 volt, de netspanning.

In een dynamo wordt bewegingsenergie omgezet in elektrische energie. In een zonnecel wordt lichtenergie omgezet in elektrische energie. In een batterij wordt chemische energie omgezet in elektrische energie

Elektrische schakeling

Een elektrische schakeling of een stroomkring bevat een spanningsbron, een elektrisch apparaat en verbindingsdraden. Het elektrische apparaat werkt als de stroomkring gesloten is.

In een stroomkring gaat de stroom van de plus (+) van de spanningsbron door een stroomdraad naar het apparaat en dan door een andere stroomdraad naar de min (-) van de spanningbron.

Je gebruikt symbolen om de onderdelen in een schakelschema aan te geven. Voorbeelden van symbolen zijn:

Gelijkspanning en wisselspanning

Een spanningsbron heeft altijd een positief en een negatief geladen pool. Spanning met een vaste + en - noem je gelijkspanning. De meeste batterijen leveren gelijkspanning. Is een stroomkring een spanningsbron opgenomen die gelijkspanning levert, dan loopt de stroom in de stroomkring steeds dezelfde kant op (van + naar -).
Je spreekt dan ook wel van gelijkstroom.

Netspanning is een voorbeeld van wisselspanning. Je hebt geen vaste + en -. Als in een stroomkring een spanningsbron met wisselspanning is opgenomen verandert de stroom heel vaak van richting: wisselstroom.

De huishoudelijke elektrische apparaten zijn zo gebouwd dat ze werken op wisselspanning.
Voor wisselspanning wordt het symbool ~ gebruikt.

Veel batterijen hebben een spanning van 1,5 volt.
Als deze spanning niet hoog genoeg is kun je twee of meer batterijen gebruiken. De minpool van de ene batterij leg je dan tegen de pluspool van de andere batterij.
Je kunt de spanningen van de batterijen dan bij elkaar optellen.

Als je batterijen niet achter elkaar aansluit, maar naast elkaar legt, dan blijft de spanning gelijk. Het voordeel van deze manier van het combineren van de batterijen is dat ze samen langer meegaan.

Serieschakeling of parallelschakeling

Apparaten kun je in serie zetten of parallel aansluiten.

In deze serieschakeling zijn de lampjes in dezelfde stroomkring opgenomen.

In deze parallelschakeling heeft elk lampje zijn eigen stroomkring.

Huishoudelijke apparaten zijn parallel geschakeld.
De apparaten kun je onafhankelijk van elkaar bedienen.
Zou je de apparaten in serie schakelen, dan gaat alles uit als je één van de apparaten uitzet.

Meten in een schakeling

Spanning meten

De spanning meet je met een voltmeter.
Het symbool van spanning is U.
De eenheid van spanning is volt (V).

In een schakelschema geef je een voltmeter aan met een rondje met de hoofdletter V erin.
De voltmeter sluit je aan op twee punten waartussen je de spanning wilt meten.
De voltmeter komt dus naast het apparaat te staan waarover je de spanning wilt meten. Dit noem je parallel.

Stroomsterkte meten

De stroom meet je met een ampèremeter.
Het symbool van stroom is I.
De eenheid van stroom is ampère (A).

In een schakelschema geef je een ampèremeter aan met een rondje met de hoofdletter A erin.
De ampèremeter komt in de stroomkring voor. Dit noem je in serie.

Geleiders en isolatoren - weerstand

Elektriciteitdraden zijn meestal van koper gemaakt. Koper is een goede geleider voor elektrische stroom, dat wil zeggen dat koper een stof is die de elektrische stroom goed doorgeeft.
Ook andere metalen zijn goede geleiders.

Hout is geen goede geleider. Hout laat de stroom slecht door.
Je noemt hout een isolator. Andere isolatoren zijn plastics, glas, textiel.

Hoe moeilijk of hoe makkelijk de stroom ergens doorgaat noem je de weerstand. De weerstand geef je aan met de letter R.
De eenheid van weerstand is ohm (Ω).
Voor de weerstand gebruik je in een stroomschema als symbool een rechthoekje.

Als de stroom ergens moeilijk doorheen gaat, is de weerstand groot. Gaat de stroom er gemakkelijk doorheen, dan is de weerstand klein.

Grootte van de weerstand - wet van Ohm

In een stroomkring geldt:

Deze formule is bekend als de wet van Ohm.


Voorbeeld
Op een lamp staat 12 V/0,50 A, dat betekent dat de lamp moet worden aangesloten op een spanning van 12 V. Dan loopt er een stroom van 0,50 A door de lamp. Bereken de weerstand.

Gegeven: U = 12 V, I = 0,50 A. Gevraagd: R = ?
Uitwerking:

Serieschakeling

Als er in een schakeling meerdere weerstanden in serie zijn geschakeld, gaat door iedere weerstand dezelfde stroom.
De grootte van de spanning over iedere weerstand is afhankelijk van de grootte van de weerstand.

Voorbeeld
In een schakeling zijn een weerstand R1 van 5 Ω en een weerstand R2 van 10 Ω opgenomen.
Door deze weerstanden gaat een stroom van 4 A.

  • Bereken de spanning U die over de schakeling staat.
  • Bereken de spanning over beide weerstanden (UR1 en UR2).


Uitwerking:
- Rtot = R1 + R2 = 5 Ω + 10 Ω = 15 Ω
- U = I x R = 4 x 15 = 60 V.
- UR1 = I x R1 = 4 x 5 = 20 V
- UR2 = I x R2 = 4 x 10 = 40 V

Parallelschakeling

Als er in een schakeling meerdere weerstanden parallel zijn geschakeld, is de spanning over iedere weerstand gelijk.
De stroomsterkte door iedere weerstand hangt af van de grootte van de weerstand.

Voorbeeld
In een parallelschakeling staan de weerstanden R1 = 12 Ω en R2 = 6 Ω.
De spanningsbron levert een spanning van 24 V.

  • Bereken de stroomsterkte door de weerstanden (I1 en I2).
  • Bereken ook de totale stroomsterkte: Itot.


Uitwerking:

Itot = I1 + I2 = 2 A + 4 A = 6 A

Elektrisch vermogen

Elektrisch vermogen

Een elektrisch apparaat heeft een hoeveelheid energie nodig om te kunnen werken. De hoeveelheid energie die het apparaat in één seconde omzet, noem je het vermogen.

  • Het symbool voor energie is de letter E.
    De eenheid van energie is Joule (J) of kiloJoule (kJ).
    1 kJ = 1000 J
  • Het symbool voor vermogen is de letter P.
    De eenheid van vermogen is Watt (W) of kiloWatt (kW).
    1 kW = 1000 W

Op veel apparaten staat het vermogen vermeld. Het vermogen van een apparaat zegt dus iets over het energieverbruik van het apparaat.

Een lamp met een vermogen van 100 W verbruikt in één uur twee keer zoveel energie als een lamp van 50 W. De lichtopbrengst van de lamp van 100 W is wel groter dan de lichtopbrengst van een lamp van 50 W.

Energieverbruik

Het vermogen van een apparaat bereken je door de omgezette energie (= energieverbruik) te delen door de tijd:


Weet je het vermogen en de tijd dan kun je het energieverbruik uitrekenen:



Voorbeeld:
Een boormachine verbruikt in 5 minuten 180 kJ energie.
Bereken het vermogen van de boormachine.
Gegeven: E = 180 kJ = 180.000 J, t = 5 min = 300 s
Gevraagd: P = ?
Uitwerking:

P = U x I Lees voor

Het vermogen van een elektrisch apparaat kun je ook berekenen als je de spanning en de stroomsterkte weet:


In de formules is:
P het vermogen in Watt (W), U de spanning in Volt (V) en I de stroomsterkte in Ampère (A).

Voorbeeld:
Een lamp van 60 W is aangesloten op het lichtnet (230 V).
Bereken de stroomsterkte door de lamp.

Elektriciteitsrekening

De hoeveelheid elektriciteit die je thuis verbruikt, kun je aflezen van de elektriciteitsmeter. Het verbruik wordt gemeten in kilowattuur (kWh).

Elektriciteitsrekening


Voorbeeld
Een wasmachine heeft een vermogen van 3000 W.
Het standaardprogramma op deze wasmachine duurt 1 uur en 15 minuten.
De prijs van 1 kWh is € 0,24.
Wat betaal je voor één keer wassen?

Elektriciteit besparen

Als je wat zuinig omspringt met je elektriciteitsverbruik kan je heel wat geld uitsparen. Het is bovendien beter voor het milieu, want de productie van elektriciteit is erg vervuilend. Elektriciteit besparen kan door op enkele eenvoudige dingen te letten:

  • Maak selectief gebruik van toestellen
    Laat je toestellen niet altijd aan staan als je ze niet gebruikt. Laat elektrische toestellen zoals tv, video en pc niet in stand-by staan.
  • Doe niet alles elektrisch
    Je was drogen kan je ook zonder droogtrommel. Maak gebruik van daglicht in plaats van lampen. Plaats bijvoorbeeld je bureau bij een raam, zodat je overdag geen kunstlicht hoeft te gebruiken.
  • Gebruik spaarlampen
    Een spaarlamp verbruikt minder energie dan een gloeilamp en gaat ongeveer tien keer zo lang mee.
  • Koop zuinige toestellen
    Zuinige toestellen zijn vaak duurder, maar dit verdien je terug door het lagere energieverbruik en de langere levensduur.

Veiligheid

Veiligheid

Een huis zonder elektriciteit kun je je waarschijnlijk niet voorstellen.
In iedere kamer van jullie huis zitten wel een of meerdere stopcontacten.
Via de stopcontacten komt de stroom naar de vele elektrische apparaten die in jullie huis voorkomen.

De meeste apparaten zijn gelukkig erg veilig, maar toch kunnen er riskante situaties ontstaan, denk bijvoorbeeld aan:

  • overbelasting;
  • kortsluiting;
  • aardsluiting;
  • elektrocutie.

Veiligheid met elektriciteit

Overbelasting
Bij overbelasting gaat er te veel stroom door de huisinstallatie. Bijvoorbeeld omdat er te veel elektrische apparaten worden gebruikt. Overbelasting kan brandgevaar opleveren doordat de elektriciteitsdraden te warm worden. De stop of automaat in de meterkast reageert bij overbelasting en zorgt voor onderbreking van de stroom.

Kortsluiting
Als er in de meterkast een stop of automaat doorslaat, dan kan er ergens in huis kortsluiting zijn. Kortsluiting ontstaat wanneer elektrische draden met elkaar in contact komen. Bijvoorbeeld door een kapot apparaat of een beschadigde kabel. De stroom vindt dan ongehinderd zijn weg naar plekken waar het niet hoort. Gelukkig schakelt de stop of automaat in de meterkast direct de stroom uit.

Aardsluiting
Veilig gebruik van elektriciteit begint met deugdelijke aarding. Het voorkomt dat apparaten onder spanning komen te staan. Is er ergens in je huis een defect toestel, dan zorgt de aarding ervoor dat de stroom veilig via de aardleiding naar de aarde wegvloeit. De stop in de meterkast slaat door of de aardlekschakelaar schakelt automatisch de elektriciteit uit voordat het gevaarlijk kan worden.

Elektrocutie
Elektrocutie betekent dat het menselijk lichaam in aanraking komt met stroom. Een klein beetje stroom voelen wij niet of nauwelijks. Maar hogere stromen kunnen leiden tot ademhalingsproblemen, verbranding en ernstige hartritmestoornissen.

Transformator

Elektromagneet

Een magneet is een voorwerp dat andere voorwerpen meer dan normaal aantrekt of afstoot. De voorwerpen die worden aangetrokken of afgestoten bevatten ijzer, nikkel of kobalt.

Dit natuurkundig verschijnsel wordt magnetisme genoemd. Een magneet heeft een noordpool en een zuidpool. De noordpool en zuidpool zijn tegengesteld magnetisch.

Een spoel is een stroomdraad met een groot aantal wikkelingen. Als je er stroom door laat stromen, ontstaat er aan de ene kant van de spoel een noordpool en aan de andere kant een zuidpool. Verandert de stroom van richting dan draaien de noordpool en zuidpool om. De magneet die je hierdoor krijgt noem je een elektromagneet.
Een elektromagneet wordt sterker als je in de spoel een metalen voorwerp plaatst.
Dat voorwerp noem je de metalen kern van de elektromagneet.

Dynamo

Als je een stroom door een spoel met een metalen kern laat stromen, krijg je een elektromagneet. Maar ook het omgekeerde is mogelijk: als je een magneet langs een spoel beweegt, gaat er een stroom door de spoel lopen. Van dit verschijnsel wordt gebruik gemaakt in een dynamo.

Een voorbeeld van een dynamo is je fietsdynamo.
Doordat de magneet in het midden van de dynamo ronddraait, ontstaat er een wisselend magnetisch veld rondom de spoel. Hierdoor gaat er een elektrisch stroompje lopen en brandt het lampje.

Transformator

Een transformator zet een hoge spanning om in een lage spanning of omgekeerd. Een transformator bestaat uit twee spoelen met een verschillend aantal windingen. De spoelen zijn met elkaar verbonden door een metalen kern.

De spoel die wordt aangesloten op een wisselspanning noem je de primaire spoel. Het wisselende magnetisch veld dat ontstaat door wisselspanning zorgt er voor dat in de tweede spoel, de secundaire spoel, ook een wisselspanning ontstaat.

Als het aantal windingen van de primaire spoel groter is dan het aantal windingen van de secundaire spoel transformeer je de spanning omlaag. Je kunt de spanning omhoog transformeren door een secundaire spoel met meer windingen te nemen dan het aantal windingen van de primaire spoel.

De spanning en het aantal windingen

Bij een ideale transformator vindt er bij het omhoog of omlaag transformeren van de spanning geen energieverlies plaats. Voor een ideale transformator geldt:
de verhouding tussen de primaire spanning (Up) en de secundaire spanning (Us) is gelijk aan de verhouding tussen het aantal primaire windingen (np) en het aantal secundaire windingen (ns).

Voorbeeld
Van een transformator heeft de primaire spoel 400 windingen.
De primaire spoel is aangesloten op het lichtnet (230 V).
De secundaire spoel heeft 160 windingen.
Bereken de spanning in de secundaire spoel.

Gegeven: Up = 230 V, np = 400 en ns = 160
Gevraagd: Us = ?
Uitwerking:

Vermogen blijft gelijk

Bij een ideale transformator is het vermogen aan de primaire kant gelijk aan het vermogen aan de secundaire kant:

  • Pp = Ps

Dat betekent dus ook dat:

  • Up x Ip = Us x Is

Voorbeeld
Een bureaulamp wordt aangesloten op een spanning van 230 V. De transformator in de lamp zet spanning om in een spanning van 10 V. Het vermogen van de lamp is 15 W. Bereken de stroomsterkte door de lamp.

Gegeven: Pp = Ps = 15 W, Up = 230 V, Us = 10
Gevraagd: Is = ?
Uitwerking:

Schakelaars

Reedcontact en relais

Een voorbeeld van een schakelaar in een stroomkring is het reedcontact. Het reedcontact is een glazen buisje met aan beide kanten een contactpunt. In het buisje zitten twee metalen plaatjes die elkaar net niet raken. Als je met een magneet in de buurt komt van het reedcontact, trekt de magneet de plaatjes aan en komen de plaatjes tegen elkaar zodat ze de stroom door kunnen geven.

Ook een relais is een schakelaar die werkt op magnetisme.
Een stroom door een spoel wekt in de relais een magnetisch veld op, waardoor een andere stroomkring gesloten kan worden.

Diode

Een diode is een schakelaar in een stroomkring die er voor zorgt dat de stroom maar één richting op kan. In de linker schakeling laat de diode de stroom door: de lamp brandt. In de doorlaatrichting is de weerstand van de diode laag. In de rechter schakeling laat de diode geen stroom door: de lamp brandt niet. De weerstand in deze richting is heel hoog.



LED staat voor Light Emitting Diode. Een LED is een lichtgevende diode. Je hebt ze in verschillende kleuren, meestal rood, groen of geel. LED's worden bijvoorbeeld gebruikt in televisie om aan te geven of de televisie aan staat of niet.

Sensoren

Een sensor of 'voeler' is een kunstmatig zintuig. Een sensor neemt iets waar en geeft op basis daarvan informatie af.
Sensoren kunnen verschillende veranderingen waarnemen.
Je hebt verschillende sensoren, bijvoorbeeld:

  • bewegingssensor
  • temperatuursensor
  • lichtsensor.

Bewegingssensor
Een PIR (Passive InfraRed) sensor is een bewegingssensor. PIR sensoren herkennen bewegende personen doordat ze infrarood uitstralen. Op het moment dat de sensor infrarode straling opvangt, geeft de sensor een elektrisch signaal af aan de achterliggende elektronica.

Temperatuur- en lichtsensor

Temperatuursensor
De NTC (Negatieve Temperatuur Coëfficiënt) is een temperatuursensor. Het is een weerstand die afhankelijk is van de temperatuur. Bij hoge temperatuur wordt de weerstand kleiner er wordt dus meer stroom doorgelaten.
NTC's vind je bijvoorbeeld in thermostaten.

Lichtsensor
Een LDR (Light Dependant Resistor) is een lichtgevoelige weerstand. Als er op de LDR licht valt, neemt de weerstand af en wordt er dus meer stroom doorgelaten.
Een LDR vind je bijvoorbeeld in alarminstallaties en liftdeuren.

Condensator

Een condensator is een elektrische component die in staat is (tijdelijk) elektrische lading op te slaan. Een condensator bestaat uit twee plaatjes metaalfolie met isolatiemateriaal ertussen.

De capaciteit van de condensator geeft aan hoeveel elektriciteit in de condensator kan worden opgeslagen. De eenheid van capaciteit is de microfarad (µF).

Een condensator kun je bijvoorbeeld vinden in lichtschakelaars. Als het licht uit is, wordt de condensator opgeladen. Als je op de lichtschakelaar drukt, gaat de condensator werken als een soort batterij en gaat het licht aan. Als de condensator leeg is, gaat het licht vanzelf weer uit.

Î

Statische elektriciteit

Atomen

Als je een klomp goud door het midden deelt, heb je twee klompjes goud. De klompjes zijn weliswaar kleiner, maar beide klompjes hebben nog steeds dezelfde eigenschappen. Goud blijft goud. In theorie zou je door kunnen gaan tot je één gouddeeltje over hebt. Dat deeltje, dat nog steeds dezelfde eigenschappen heeft, noem je een atoom. Atomen zijn de bouwstenen van alles wat je op aarde tegenkomt.

Er zijn in het totaal ruim 100 verschillende atoomsoorten.
Atoomsoorten worden ook wel elementen genoemd.

Hiernaast zie je ook een tekening van een atoom.
In het midden van het atoom zit de kern.
De kern bestaat meestal weer uit twee soorten deeltjes protonen en neutronen.
Protonen hebben een positieve lading.
Rond de kern draaien de elektronen.
Elektronen hebben een negatieve lading.
Door het verschil in lading blijven de elektronen rond de kern draaien, maar een atoom kan elektronen ook afgeven aan een ander atoom.

Statische elektriciteit

Goud is een metaal. Zuiver goud bestaat uit één soort atomen.
De atomen vormen een metaalrooster, ook wel een kristalrooster genoemd.

In een metaalrooster kunnen de elektronen vrij bewegen van het ene atoom naar het andere atoom. Daarom kunnen metalen goed elektrische stroom geleiden.

Andere voorbeelden van metalen zijn: koper, ijzer, aluminium, lood, nikkel, zink en tin.

Een stof die de elektriciteit slecht geleid, kan ook door wrijving elektrisch geladen raken. De wrijving zorgt er voor dat elektronen zich verplaatsen. Als de elektriciteit niet weg kan, kan de stof positief of negatief geladen raken. Je spreekt dan van statische elektriciteit.
Een voorbeeld van ontlading van statische elektriciteit is de bliksem die je tijdens een onweer kunt zien.

Soorten stoffen: moleculaire stoffen

Moleculaire stoffen zijn opgebouwd uit moleculen.
Moleculen zijn op hun beurt opgebouwd uit atomen.

Voorbeelden:

  • Het watermolecuul (H2O) bestaat uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom.
  • Het koolstofdioxidemolecuul (CO2) bestaat uit één koolstofatoom en twee zuurstofatomen.
  • Methaan is het belangrijkste gas in aardgas.
    Een methaanmolecuul (CH4) bestaat uit één koolstofatoom en vier waterstofatomen.
  • Het zuurstofmolecuul (O2) bestaat uit twee zuurstofatomen.

K06 Verbranden en verwarmen

Verbranding

Verbranding

Verbranding is een scheikundige reactie van een brandstof met zuurstof.
De ontbrandingstemperatuur van een brandstof is de laagste temperatuur waarbij een stof in brand vliegt.

Brandstoffen kun je onderverdelen in:

  • fossiele brandstoffen
    voorbeelden: aardgas, aardolie en steenkool.
  • niet-fossiele brandstoffen
    voorbeelden: hout, papier en biomassa.

Bij een verbranding komt warmte vrij.
Warmte is een vorm van energie.

Volledige verbranding

Elke stof is opgebouwd uit moleculen.
Moleculen zijn op hun beurt opgebouwd uit atomen.

Bij een verbranding reageren moleculen van een brandstof met zuurstofmoleculen uit de lucht.
Als er genoeg zuurstof aanwezig hebt, heb je een volledige verbranding. De stoffen die daarbij ontstaan kun je niet verder verbranden.

De moleculen van bijna alle brandstoffen zijn opgebouwd uit koolstofatomen en waterstofatomen. Bij een volledige verbranding ontstaat er koolstofdioxide en water(damp):
brandstof + zuurstof ⇒ koolstofdioxide + water

Onvolledige verbranding

Als er niet voldoende zuurstof in de lucht aanwezig is, krijg je een onvolledige verbranding.
Bij een onvolledige verbranding ontstaat roet (= koolstof) en koolmonoxide.
Roet is schadelijk voor je longen.
Koolmonoxide is een uiterst giftig gas.

Het verschil tussen een volledige en onvolledige verbranding kun je zien aan de kleur van de vlam. Een volledige verbranding geeft een blauwe vlam. Bij een verbranding met te weinig zuurstof zijn de vlammen geel.

Verbranding in je lichaam

Ook in je lichaam vindt er verbranding plaats.
In je lichaam wordt voedsel omgezet in warmte en energie.
Op verpakking van etenswaren staat vermeld hoeveel energie het product bevat.

Voedingswaarde
De voedingswaarde wordt meestal gegeven per 100 gr of 100 ml van het voedingsmiddel.

Energie
De energiewaarde is gegeven in kj (kilojoule) of kcal (kilocalorie). Als er veel kj of kcal in een voedingsmiddel zitten, word je er eerder dik van. Producten met veel koolhydraten en veel vetten bevatten veel energie.

Voedingsstoffen
Op de verpakking staat hoeveel eiwitten, vetten en koolhydraten in het product zitten.

E-nummers
Op het etiket staat welke additieven (E-nummers) er aan het voedingsmiddel zijn toegevoegd. Voorbeelden zijn kleurstoffen en conserveermiddelen.

Warmtetransport

Warmtetransport

Warmte verplaatst zich van de ene plaats naar een andere plaats als er tussen de twee plaatsen sprake is van een temperatuurverschil.
Warmtetransport gaat van een plaats met een hogere temperatuur naar een plaats met een lagere temperatuur.

Warmte kan zich op drie manieren verplaatsen:

  • door geleiding;
  • door stroming;
  • door straling.

Warmtetransport: geleiding

Bij warmtetransport door geleiding verplaatst de warmte zich door de stof heen. De warmte wordt door de moleculen van de stof aan elkaar doorgegeven.

Goede warmtegeleiders zijn metalen.
Een stof die de warmte niet goed geleid, noem je een isolator.
Plastic en hout zijn voorbeelden van isolatoren.

Warmtetransport: stroming

Vloeistoffen en gassen kunnen warmte transporteren door stroming.
De vloeistof of het gas verplaatst zich en neemt de warmte mee.

Warmtestroming door een vloeistof zie je bijvoorbeeld bij de centrale verwarming van een woning.
In de cv-ketel wordt het water verwarmd. Het water neemt de warmte mee naar de radiatoren.
De radiatoren geven de warmte af aan de omgeving.

Warmtestroming door een gas zie je bijvoorbeeld bij de wind.
De wind voert bijvoorbeeld vanuit het zuiden warme lucht aan.

Warmtetransport: straling

Als een voorwerp warmer is dan zijn omgeving, dan zendt het warmtestraling uit.
Hoe hoger de temperatuurverschil tussen het voorwerp en de omgeving, hoe meer straling het voorwerp uitzendt.
Hoe groter de oppervlakte van het voorwerp, hoe meer straling het voorwerp uitzendt.

Lichtgekleurde voorwerpen nemen minder snel warmte op dan donkere voorwerpen.

Isolatie

Isolatie

Een stof die de warmte niet goed transporteert, noem je een warmte-isolator.
Voorbeelden van goede warmte-isolatoren zijn: plastic, hout, textiel, steenwol en stilstaande lucht.

Een goede isolatie is belangrijk om je huis goed warm te houden.
Voorbeelden van isolatiemaatregelen zijn:

  • spouwmuurisolatie;
  • ramen voorzien isolatieglas;
  • radiatorfolie achter radiatoren plaatsen.

Warmte-isolatie kan twee kanten op werken. Je kunt er warmte mee binnen houden of je kunt er warmte mee buiten houden. In een thermoskan kun je warme thee warm houden, maar kun je ook koude frisdrank koud houden.

Warmte-isolatie: spouwmuur

Veel huizen hebben dubbele muren: spouwmuren.
Tussen de muren zit een smalle luchtruimte.
Stilstaande lucht is een slechte warmtegeleider en voorkomt dat alle warmte naar buiten stroomt.
Soms wordt de luchtruimte tussen de muren (de spouw) opgevuld met steenwol.
Omdat steenwol veel lucht bevat, is het een goede isolator.

Warmte-isolatie: isolatieglas

Met isolatieglas wordt glas bedoeld dat beter isoleert dan enkel glas.
Isolerend glas bestaat uit twee, soms drie, glasplaten met daartussen een ruimte die gevuld is met droge lucht of een soort gas.

Huiseigenaren kunnen gebruik maken van een subsidieregeling voor het aanbrengen isolatieglas. Daarnaast bespaar je met isolerend glas, net als met de andere isolatiemaatregelen, op de energierekening.

Warmte-isolatie: radiatorfolie

De warmte die een radiator uitstraalt, gaat alle kanten op. Daardoor wordt ook de muur achter een radiator behoorlijk warm. Zonde. Door achter een radiator radiatorfolie of een reflecterend scherm te plaatsen, wordt de warmtestraling weerkaatst en gaat er meer warmte de kamer in.

Naast het aanbrengen van radiatorfolie kan het aanbrengen van isolatiemantels rond de buizen van de cv-installatie een goede isolatiemaatregel zijn.

Verbranding en milieu

Verbranding en milieu

Het grootste deel van de energie die wordt gebruikt is afkomstig van fossiele brandstoffen: aardolie, aardgas en kolen. Het gebruik van fossiele brandstoffen heeft verschillende nadelen:

  • fossiele brandstoffen raken op;
  • bij de verbranding van fossiele brandstoffen komt koolstofdioxide in de lucht.
    Koolstofdioxide is niet schadelijk voor de gezondheid, maar te veel koolstofdioxide zorgt voor opwarming van de aarde: het broeikaseffect;
  • bij de verbranding van steenkool en aardolie ontstaat zwaveldioxide.
    De zwaveldioxide lost op in regenwolken, met als gevolg zure regen, waardoor gebouwen en bossen worden aangetast;
  • bij onvolledige verbranding komt er roet en koolmonoxide in de lucht. Roet is schadelijk voor de luchtwegen. Koolmonoxide is giftig;
  • de energiecentrales en fabrieken die fossiele brandstoffen gebruiken zorgen voor thermische vertontreiniging: ongewenste opwarming van de omgeving door het lozen van koelwater in het oppervlaktewater.

Alternatieve energiebronnen

Omdat het gebruik van fossiele brandstoffen veel nadelen heeft, wordt er gekeken naar alternatieve energiebronnen.
Voorbeelden van altenatieve energiebronnen zijn:

  • Kernenergie
    Kernenergie is energie opgewekt door kernreacties. In een kerncentrale maakt men gebruik van de 'brandstof' uranium. De grondstoffen die nodig zijn voor kernenergie raken niet snel op. Nadeel is dat bij het opwekken van kernenergie radioactief afval ontstaat. Voor het opslaan van dit afval is nog geen goede oplossing gevonden.
  • Duurzame energiebronnen
    Voorbeelden van duurzame energie zijn energie opgewekt uit biomassa, windenergie, zonne-energie en energie opgewekt uit stromend water.

Video: Energiebronnen

Hoe kun je energie opwekken?

Wet van behoud van energie

Energie

Energie komt in verschillende vormen voor.

Voorbeelden van energiesoorten zijn:

  • warmte
  • elektrische energie
  • stralingsenergie
  • bewegingsenergie
  • chemische energie.


Het symbool voor energie is E.
De eenheid van energie is de Joule (J).
Er geldt: 1000 J = 1 kJ.

Omzetting van energie

Bij veel processen wordt energie omgezet.

Voorbeelden:

  • Een lamp bijvoorbeeld zet elektrische energie om in warmte en licht (stralingsenergie).
  • In een windturbine wordt windenergie via bewegingsenergie van de wieken omgezet in elektrische energie.
  • In een accu wordt bewegingsenergie omgezet in chemische energie.
  • In een elektromotor wordt de elektrische energie omgezet in arbeid en warmte.

De totale hoeveelheid energie is voor en na de energieomzetting altijd gelijk. Dit wordt wel de wet van behoud van energie genoemd. In de praktijk spreek je toch vaak van energieverlies. Meestal is niet alle energie die ontstaat na een omzetting even goed bruikbaar. De totale hoeveelheid energie blijft wel gelijk, maar de hoeveelheid bruikbare energie neemt af.

Vermogen

Een elektrisch apparaat heeft een hoeveelheid energie nodig om te kunnen werken. De hoeveelheid energie die het apparaat in één seconde omzet, noem je het vermogen.
Het symbool voor vermogen is de letter P.
De eenheid van vermogen is Watt. (W) of kiloWatt (kW).
1 W = 1 J/s
1 kW = 1000 W = 1000 J/s

Het vermogen bereken je door de omgezette energie te delen door de tijd:

Rendement

Apparaten zetten energie om in nuttige energie en in niet-nuttige energie. Hoe groter het deel is dat wordt omgezet in nuttige energie, hoe hoger het rendement van het apparaat.

Het symbool voor rendement is η (de Griekse letter èta) .
Het rendement wordt uitgedrukt in een percentage.


Voorbeeld
Een windturbine levert per uur 3600 kJ aan elektrische energie. De windolen krijgt elk uur 72000 kJ bewegingsenergie van de lucht. Bereken het rendement van de windmolen.

Gegeven: Enuttig = 3600 kJ, Etotaal omgezet = 72000 kJ

Gevraagd: η = ?

Uitwerking:

Verbrandingsreactie

Moleculen en atomen

Moleculaire stoffen zijn opgebouwd uit moleculen.
Moleculen zijn op hun beurt opgebouwd uit atomen.

Voorbeelden:

  • Het watermolecuul (H2O) bestaat uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom.
  • Het koolstofdioxidemolecuul (CO2) bestaat uit één koolstofatoom en twee zuurstofatomen.
  • Methaan is het belangrijkste gas in aardgas. Een methaanmolecuul (CH4) bestaat uit één koolstofatoom en vier waterstofatomen.
  • Het zuurstofmolecuul (O2) bestaat uit twee zuurstofatomen.

Er zijn meer dan 100 verschillende atoomsoorten.
Een atoomsoort wordt ook wel een element genoemd.

Verbrandingsreactie

Bij een verbranding heb je vooral te maken met de atomen koolstof, waterstof en zuurstof.
De verbranding van aardgas kun je als volgt weergeven:

Voor de verbranding van één molecuul aardgas (CH4) heb je twee moleculen zuurstof (O2) nodig. De reactieproducten zijn een molecuul koolstofdioxide (CO2) en twee moleculen water (H2O).
Aan het begin van de reactie heb je dezelfde atomen en hetzelfde aantal atomen als aan het eind van de reactie. Ga dat na!
De verbranding van aardgas is een voorbeeld van een scheikundige reactie: de beginstoffen zijn verdwenen; er zijn nieuwe producten ontstaan. Bij deze reactie komt energie vrij.
Bij een natuurkundig proces ontstaan geen nieuwe producten.

K07 Licht en beeld

Licht

Licht

Om iets te kunnen zien heb je licht nodig.
Licht komt van een lichtbron.

Lichtbronnen kun je onderverdelen in:

  • natuurlijke lichtbronnen
    De grootste natuurlijke lichtbron is de zon.
  • kunstmatige lichtbronnen
    De bekendste kunstmatige lichtbron is de lamp.

Komt het licht in je oog dan kun je de lichtbron zien.
Voorwerpen die door de lichtbron verlicht worden kun je zien, omdat ze het licht weerkaatsen (reflecteren).

Licht en schaduw

Een lichtbron straalt licht uit.
Lichtbronnen die zelf licht uit stralen noem je directe lichtbronnen. Een indirecte lichtbron is een lichtbron die het licht van een andere lichtbron weerkaatst.

Licht verspreidt zich van een lichtbron in alle richtingen.
Een kenmerk van lichtstralen is dat ze altijd rechtdoor gaan.
Een bundel lichtstralen noem je ook wel een lichtbundel.
Omdat lichtstralen altijd rechtdoor gaan, kan het licht op sommige plekken niet komen. Waar het licht niet kan komen, heb je schaduw.

Licht heeft geen medium nodig om zich te verplaatsen. Licht kan zich ook door vacuüm verplaatsen.
De lichtsnelheid waarmee licht zich door vacuüm verplaatst is ongeveer 300.000 km/s. De lichtsnelheid in water is ongeveer 225.000 km/s.

Dag en nacht

Dat het 's nachts donker is, komt niet omdat de zon niet meer schijnt, maar omdat je 's nachts aan de schaduwkant van de aarde zit. Omdat de stand van de aarde 's winters anders is dan 's zomers is het in bijvoorbeeld in Nederland (rode punt in de afbeelding) 's zomers langer licht dan 's winters.

Onzichtbare straling

Naast zichtbare straling (licht) is er ook onzichtbare straling. Voorbeelden van onzichtbare straling zijn infrarood straling, ultraviolet straling, röntgenstraling en radiogolven.

Schaduw

Een lichtbron straalt licht uit.
Voorwerpen die door de lichtbron verlicht worden kun je zien, omdat ze het licht weerkaatsen.
Omdat lichtstralen altijd rechtdoor gaan, kan het licht op sommige plaatsen niet komen. Waar het licht niet kan komen, heb je schaduw.

Omdat licht zich verplaatst in rechte lijnen, teken je lichtstralen ook als rechte lijnen.

Als er twee lichtbronnen een voorwerp beschijnen, zal er geen mooi schaduwbeeld ontstaan.

Je kunt te maken krijgen met een kernschaduw en een halfschaduw of bijschaduw.

Breking van licht

Als lichtstralen van een stof naar andere stof gaan treedt er op het grensvlak van de twee stoffen bijna altijd breking op: de lichtstralen gaan in een andere richting verder.
De oorzaak van de breking is dat de lichtsnelheid in beide stoffen verschilt.

Voorbeeld
Bekijk de figuur.
Een lichtstraal gaat van lucht naar glas.
Bij de overgang naar een dichtere stof is de breking 'naar de normaal' toe.
hoek i is groter dan hoek r.

Lichtstralen die loodrecht op het glas vallen worden niet gebroken.

Lichtkleuren

Lichtkleuren

Wit licht is een mengsel van kleuren. Dat zie je goed als je wit licht door een prisma ziet gaan.
Het licht breekt dan uiteen in verschillende lichtkleuren:

  • rood,
  • oranje,
  • geel,
  • groen,
  • blauw,
  • violet.

Deze kleuren vormen het zichtbare deel van het spectrum, de zichtbare kleurenband.

Een regenboog is ook 'uiteen gevallen' witlicht. Een regenboog ontstaat als wit licht weerkaatst wordt door een regendruppel. Een regenboog zie je dan ook alleen als de zon schijnt en als het geregend heeft.

Lichtkleuren

Een gekleurd voorwerp weerkaatst alleen licht dat dezelfde kleur heeft. Een rood voorwerp weerkaatst dus alleen rood licht, de rest van het licht wordt geabsorbeerd.

Een wit voorwerp absorbeert geen enkele kleur. Alle kleuren worden weerkaatst.
Een zwart voorwerp absorbeert alle kleuren. Geen enkele kleur wordt weerkaatst.

Rood, groen en blauw worden de hoofdkleuren of primaire lichtkleuren genoemd. Het menselijk oog is alleen gevoelig voor deze drie lichtkleuren of mengsels daarvan. Met deze drie lichtkleuren kunnen alle zichtbare kleuren worden gemaakt.

De hoofdmengkleuren zijn cyaan, geel en magenta:
geel is een mengsel van 100% groen en 100% rood, cyaan is een mengsel van 100% groen en 100% blauw, magenta is een mengsel van 100% blauw en 100% rood.

Kleurenblind

Als je niet goed kleuren kan onderscheiden, ben je kleurenblind. Een veel voorkomende vorm van kleurenblindheid is de rood-groen-kleurenblindheid. Mensen die aan deze vorm van kleurenblindheid leiden, hebben onderscheid te maken tussen rood- en groentinten. Dit is niet zeldzaam: ongeveer één op de twintig mannen heeft het.

Met afbeeldingen als hieronder kun je nagaan of je kleurenblind bent.

Kun je de cijfers in onderstaande cirkels maar vaag of niet onderscheiden? Dan ben je waarschijnlijk kleurenblind.

Lenzen

Lenzen

Een lens is een transparant voorwerp veelal van glas of plastic.
Lenzen worden gebruikt om lichtbundels te richten. Als je met een lamp op een lens schijnt, zie je dat het licht van richting verandert als het door de lens gaat.

Lenzen kom je bijvoorbeeld tegen in een beamer, in een fototoestel of in een bril. De lenzen zorgen er voor dat er van een voorwerp een beeld op de juiste scherpte wordt weergegeven.

Lenzen kun je onderverdelen in:

  • bolle lenzen of positieve lenzen.
  • holle lenzen of negatieve lenzen.

Bolle of positieve lenzen

Bolle lenzen of positieve lezen zijn in het midden dikker dan aan de rand. Als er licht op een bolle lens valt, buigt het licht zo af dat de lichtstralen dichter naar elkaar toegaan. Je noemt dat een convergerende lichtbundel.



Het punt waar alle lichtstralen samenvallen, noem je het brandpunt (F). De afstand van het midden van de lens tot het brandpunt wordt de brandpuntsafstand (f).
Hoe boller de lens, hoe kleiner de brandpuntsafstand. Hoe boller de lens, hoe sterker de lens.

Holle of negatieve lenzen

Holle lenzen of negatieve lezen zijn in het midden dunner dan aan de rand. Als er licht op een holle lens valt, buigt het licht zo af dat de lichtstralen van elkaar af gaan. Je noemt dat een divergerende lichtbundel.


Het brandpunt van een holle lens ligt vóór de lens.
Het is een niet bestaand punt (een virtueel punt) van waaruit de divergerende lichtstralen vertrekken.

Vergroten en verkleinen

De afstand van het voorwerp tot de lens noem je de voorwerpafstand (v).
De beeldafstand (b) is de afstand van de lens tot het beeld.

Als de voorwerpafstand kleiner is dan de beeldafstand krijg je een vergroting. Je krijgt een verkleining als de voorwerpafstand groter is dan de beeldafstand.


De vergroting (of verkleining) kun je uitrekenen met de formule:

Het oog

In je oog zit een bolle lens. Alles wat je bekijkt wordt door de lens verkleind op het netvlies geprojecteerd.
De bolheid van je ooglens kan variëren. Als je naar iets kijkt wat dichtbij is, is je ooglens boller dan als je kijkt naar iets dat verder weg is. Het veranderen van de dikte van je ooglens wordt accommoderen genoemd.

Verziend

Bij veel mensen werken de oogspieren niet precies zoals je zou willen.

Als de spieren niet zo meer zo hard trekken als ze zouden moeten doen, dan zie je dichtbij niet goed. Je bent dan verziend. Vooral bij ouderen komt dat veel voor. Het beeld komt achter het netvlies terecht.
Verziendheid kan worden verholpen door een bril met bolle oftewel positieve lenzen op te zetten.

Bijziend

Mensen die bijziend zijn, hebben een bril nodig met holle lenzen.
Zonder bril zien zij veraf niet goed.
Het beeld komt vóór het netvlies terecht.
De holle lens zorgt er voor dat het beeld op goed op het netvlies geprojecteerd wordt.

Het oog

Het oog

In je oog zit een bolle lens. Alles wat je bekijkt wordt door de lens verkleind op het netvlies geprojecteerd.
De bolheid van je ooglens kan variëren. Als je naar iets kijkt wat dichtbij is, is je ooglens boller dan als je kijkt naar iets dat verder weg is. Het veranderen van de dikte van je ooglens wordt accommoderen genoemd.

Verziend

Bij veel mensen werken de oogspieren niet precies zoals je zou willen.

Als de spieren niet zo meer zo hard trekken als ze zouden moeten doen, dan zie je dichtbij niet goed. Je bent dan verziend. Vooral bij ouderen komt dat veel voor. Het beeld komt achter het netvlies terecht.
Verziendheid kan worden verholpen door een bril met bolle oftewel positieve lenzen op te zetten.

Bijziend

Mensen die bijziend zijn, hebben een bril nodig met holle lenzen.
Zonder bril zien zij veraf niet goed.
Het beeld komt vóór het netvlies terecht.
De holle lens zorgt er voor dat het beeld op goed op het netvlies geprojecteerd wordt.

Spiegels

Spiegelwet

Als licht op een spiegel komt, wordt het licht teruggekaatst.

Bekijk de tekening. Komt een lichtstraal op een gladde spiegel dan is de hoek waaronder de lichtstraal op de spiegel komt dezelfde als de hoek waaronder de lichtstraal wordt teruggekaatst.

Anders gezegd:
de hoek van inval (∠ i) is gelijk aan de hoek van terugkaatsing (∠ t).
Dit staat bekend als de spiegelwet.
De normaal is de denkbeeldige lijn die loodrecht op de spiegel staat.

Virtueel beeld

Het beeld dat je ziet als je in de spiegel kijkt, noem je het spiegelbeeld.
Het spiegelbeeld is een virtueel beeld; het bestaat niet echt.

Voor het tekenen van een spiegelbeeld gebruik je een potlood en een geodriehoek.
Bekijk hoe je driehoek ABC spiegelt in lijn m.

Het spiegelbeeld van driehoek ABC is driehoek A'B'C'

 

K08 Geluid

Wat is geluid?

Wat is geluid?

Om iets te kunnen horen, heb je geluid nodig. Geluid komt van een geluidsbron.
Voorbeelden van geluidsbronnen zijn je stem (stembanden) of een luidspreker.

De geluidsbronnen geven geluidstrillingen af die via een tussenstof
van de geluidsbron naar je oor gaan. De oorschelp vangt het geluid op.
In het slakkenhuis worden de geluidstrillingen omgezet in elektrische
stroompjes die via de gehoorzenuw naar je hersenen gaan.
Je hersenen vertalen de stroompjes: je hoort iets.

Geluidsgolven

Geluid plant zich voort in de vorm van geluidsgolven.
Met een oscilloscoop kun je geluidsgolven zichtbaar maken.
Een geluidsgolf van een enkele zuivere toon geeft een gelijkmatige golfbeweging te zien:

Golflengte

De golflengte van een geluidsgolf bepaalt de toonhoogte van het geluid.
Hoe meer golven (trillingen) per seconde, hoe hoger het geluid.

Amplitude

De uitwijking of amplitude van een geluidsgolf bepaalt de geluidssterkte.
Hoe groter de amplitude, hoe harder het geluid.

Frequentie en trillingstijd

Het aantal trillingen per seconde wordt de frequentie genoemd.
Het symbool voor frequentie is f.
De eenheid van frequentie is hertz (Hz).
Een frequentie van 75 Hz betekent dus 75 trillingen per seconde.

De tijd van één trilling wordt de trillingstijd genoemd.
Het symbool voor trillingstijd is T.
De eenheid van trillingstijd is seconde (s).

Er is een verband tussen de frequentie en de trillingstijd:

Een frequentie van 20 Hz betekent 20 trillingen per seconde.
Eén trilling duurt dan 0,05 seconde. Ga dat na!

Microfoon: geluid opnemen

Een microfoon wordt gebruikt om geluid op te nemen. Als een microfoon geluid opvangt, gaat het trilplaatje in de microfoon trillen. De trilling zorgt er voor dat de magneet onder het plaatje heen en weer beweegt in de spoel. Hierdoor gaan er door de spoel elektrische stroompjes lopen. De microfoon zet geluid dus om in elektrische signalen.

De elektrische signalen die door de microfoon worden voortgebracht, kunnen op een geluidsband of cd worden vastgelegd.

Luidspreker: 'geluid'spreker

Een luidspreker wordt gebruikt bij het afspelen van geluid. Een luidspreker zet een elektrisch signaal om in een geluidsgolf.
In een luidspreker zitten:

  • een spoel waar de elektrische stroom doorheen gaat;
  • een magneet die zorgt voor een constant magnetisch veld;
  • een conus: een kegelvormig membraan, licht van gewicht, gemaakt van papier of kunststof.

Door de spoel gaat een steeds wisselende stroom. Omdat de spoel in een constant magnetisch veld hangt, ondervindt de spoel een kracht en gaat trillen. De spoel is bevestigd aan de luidsprekerconus, die op dezelfde manier gaat trillen als de spoel. De trillende conus brengt op zijn beurt de lucht in trilling.

Muziekinstrumenten

Als je aan geluid denkt, denk je misschien ook wel aan muziek en muziekinstrumenten.
Als je kijkt naar de manier waarop muziekinstrumenten geluid voortbrengen worden muziekinstrumenten onderverdeeld in: snaarinstrumten, blaasinstrumtenen en slaginstrumenten

Snaarinstrumenten
Bij snaarinstrumenten komt het geluid van een trillende snaar. Snaren kun je spannen door de spankracht in de snaar aan te passen: hoe groter de spankracht, hoe hoger de toon.

Bij de meeste snaarinstrumenten worden verschillende snaren gebruikt voor de verschillende tonen. Hoe korter (het trillende deel van) de snaar en hoe dunner de snaar en hoe strakker gespannen, des te hoger de toon.

Tijdens het bespelen van een snaarinstrument kan de toonhoogte ook worden veranderd door de lengte van het trillende deel van de snaar aan te passen. Daarbij wordt de snaar tegen de hals van de viool of gitaar aangedrukt.

Naast snaarinstrumenten heb je blaasinstrumenten en slaginstrumenten.

Blaasinstrumenten
Bij blaasinstrumenten komt het geluid een trillende luchtkolom.
De lengte van de trillende luchtkolom kan worden veranderd: hoe korter de luchtkolom, des te hoger de toon.

Slaginstrumenten
Bij slaginstrumenten komt het geluid van een trillend vlies of trillende plaat.
Bij een trommel wordt de klank van het geluid bepaald door: de grootte van de klankkast, het materiaal waarvan de klankkast is gemaakt, het soort vlies dat is gebruikt, de dikte en de bespanning van het vlies.

Geluidshinder

Geluidssterkte

De sterkte van het geluid wordt gemeten in decibel (dB).
De geluidssterkte kun je meten met een decibelmeter.

Een geluid met een geluidsniveau van minder dan 80 dB wordt gezien als een veilig geluid. Geluid met een geluidsniveau boven de 80 dB is hinderlijk en kan leiden tot blijvende gehoorbeschadiging.

Geluidshinder

Te hard geluid is hinderlijk en kan leiden tot gehoorbeschadiging.
Om geluidshinder tegen te gaan zijn er allerlei wetten en (ongeschreven) regels. Maar ondanks deze wetten en regels is geluidsoverlast een van de grootste ergenissen.

Om geluidsoverlast tegen te gaan kunner er verschillende maatregelen genomen worden.
Maatregelen tegen geluidsoverlast kun je onderverdelen in:

  • niet-duurzame maatregelen
  • duurzame maategelen

Maatregelen tegen geluidsoverlast

Je spreekt van niet-duurzame maatregelen tegen geluidsoverlast als het gaat om maatregelen die werken bij de ontvanger.

Voorbeelden van niet-duurzame maatregelen zijn:

  • gehoorbeschermers dragen als je in een lawaaierige omgeving werkt;
  • geluidsschermen plaatsen langs snelwegen;
  • geluidsisolatie in muren en ramen.


Je spreekt van duurzame maatregelen tegen geluidsoverlast als het gaat om maatregelen die werken bij de geluidsbron.

Voorbeelden van duurzame maatregelen zijn:

  • geluidsarme motoren ontwikkelen;
  • maximumsnelheid van auto's verlagen;

Nog meer decibel

Geluidsterkte neemt niet gelijkmatig toe.
Een geluid van 40 dB is niet twee keer zo hard als een geluid van 20 dB.

De toename van geluid werkt anders.
Een verdubbeling van de geluidssterkte betekent een toename van 3 dB.

Als een optrekkende vrachtwagen een geluid van 80 dB produceert,
dan produceren twee optrekkende vrachtwagens samen een geluid van 83 dB.
Vier vrachtwagens samen produceren dan een geluid van 86 dB.

Gehoorbereik

Het gehoorbereik geeft aan welke tonen je nog kunt horen. Een gemiddeld mens kan tonen van minder dan 20 Hz niet meer horen. De bovengrens ligt voor een mens in de buurt van de 20 000 Hz.

Dieren hebben vaak een ander gehoorbereik dan mensen. Een hond bijvoorbeeld heeft een gehoorbereik van 15 Hz tot 50 000 Hz. Sommige hondenfluitjes brengen zulke hoge tonen voor die door een hond wel, maar door een mens niet te horen zijn.

Vleermuizen hebben een gehoorbereik van 1000 Hz tot 120 000 Hz. Zij kunnen dus hele hoge tonen horen. Dat is ook nodig, want vleermuizen zijn blind. Tijdens het vliegen gebruiken ze geluid om obstakels te ontwijken.

Snelheid van het geluid

Snelheid van het geluid

De geluidssnelheid is de snelheid waarmee geluid zich verplaatst. De snelheid van geluid in lucht is ongeveer 340 m/s.

Geluid verplaatst zich niet alleen door lucht. Geluid kan zich door alle gasvormige, vloeibare en vaste stoffen verplaatsen. De stof waardoor het geluid zich verplaatst wordt de tussenstof genoemd. Als er geen tussenstof is, in een luchtledige ruimte, kan het geluid zich niet verplaatsen.

De snelheid waarmee het geluid zich verplaatst is afhankelijk van de tussenstof. In de tabel zie je enkele voorbeelden.
De geluidssnelheid is het grootst in vaste stoffen (steen, koper, glas), in vloeistoffen (water) minder groot en in gassen (lucht) het kleinst.

Stof geluidssnelheid
lucht 340 m/s
water 1450 m/s
steen 3600 m/s
koper 3800 m/s
glas 4300 m/s

 

s = v x t

De afstand die het geluid in een bepaalde tijd aflegt, kun je uitrekenen met de formule:
s = v x t

In de formule is s de afstand in meter, v de geluidssnelheid in m/s en t de tijd in seconden.

Voorbeeld
Het geluid van een auto bereikt jou in 0,2 seconde.
Hoe ver sta je van de auto af?

Gegeven:
Geluidssnelheid in lucht is 340 m/s
t = 0,2 s
Gevraagd:
s = ?
Uitwerking: s = v x t = 340 m/s x 0,2 s = 68 m

Echo

Geluid kan door voorwerpen heengaan, maar als geluid op een hard vlak oppervlak komt, kan het geluid ook weerkaatst worden. Je hoort het geluid dan twee keer: een echo.
Van echo wordt regelmatig gebruik gemaakt om afstanden te meten. Door een geluidssignaal naar een voorwerp toe te zenden en het terugkomende signaal weer op te vangen, kun je de afstand tot het voorwerp meten. Met het tijdsverschil tussen verzenden en ontvangen kun je de afstand berekenen.

Voorbeeld
Een boot zendt een geluidssignaal uit naar de bodem.
Het signaal wordt na 0,6 seconde weer opgevangen.
Hoe diep is het water?

Gegeven:
Geluidssnelheid in water is 1450 m/s
t = 0,3 s (0,6 s is 0,3 s heen en 0,3 s terug) t = 0,3 s
Gevraagd:
s = ?
Uitwerking: s = v x t = 1450 m/s x 0,3 s = 435 m

K09 Kracht en veiligheid

Soorten krachten

Soorten krachten

Er zijn allerlei soorten krachten, bijvoorbeeld:

  • zwaartekracht;
  • elektrische kracht;
  • magnetische kracht (aantrekken en afstoten);
  • trekkracht, duwkracht;
  • opwaartse kracht (op een voorwerp dat in een vloeistof is ondergedompeld)
  • veerkracht;
  • wrijvingskracht;
  • spierkracht.

Een kracht werkt altijd op een voorwerp.
Een kracht op een voorwerp kan drie gevolgen hebben:

  • de vorm van het voorwerp verandert;
  • de snelheid waarmee het voorwerp beweegt verandert;
  • de richting waarin het voorwerp beweegt verandert.

Een kracht is een natuurkundige grootheid waarvoor de letter F als symbool gebruikt wordt.
De eenheid van kracht is de newton (N).

De zwaartekracht

De kracht die de aarde op voorwerpen uitoefent, noem je de zwaartekracht.
Het symbool voor de zwaartekracht is Fz.

De zwaartekracht zorgt er voor dat alles wat een massa heeft een gewicht krijgt.
Voor gewicht wordt vaak het symbool Fg gebruikt.
Gewicht druk je dus uit in newton.
Op aarde heeft een massa van 1 kg ongeveer een gewicht van 10 N.
Een voorwerp met een massa van 3 kg heeft een gewicht van ongeveer 30 N.
Als je de massa (m) van een voorwerp weet, kun je het gewicht bij benadering berekenen:

Fg = Fz ≈ 10 x m

Let op: In het dagelijks leven wordt het gewicht vaak in g of kg uitgedrukt, dat zou eigenlijk in newton moeten zijn.

Krachten meten

Een kracht kun je meten met een weegschaal of met een veerunster.
Als er een kleine kracht werkt op de veer in de veerunster wordt de veer een klein stukje uitgetrokken.
Een grote kracht trekt de veer ver uit.

Aan de veer zit een wijzertje. Dat wijzertje beweegt langs een schaalverdeling. De grootte van de kracht lees je af op de schaalverdeling.

Krachten tekenen

Een kracht die werkt op een voorwerp kun je niet zien.
Je kunt de richting waarin een kracht werkt en de grootte van een kracht wel tekenen.

Een kracht geef je weer met een pijl.
De pijl begint altijd op de plaats waar de kracht inwerkt: het aangrijpingspunt.
De richting waarin je de pijl tekent is gelijk aan de richting waarin de kracht werkt.
De lengte van de pijl zegt iets over de grootte van de kracht.

Meerdere krachten

Soms werken er op een voorwerp meerdere krachten tegelijk. Als de twee krachten in dezelfde richting werken, kun je de krachten bij elkaar optellen. Werken de krachten in tegengestelde richting dan trek je de krachten van elkaar af.

Voorbeeld
Op dit blokje werken vier krachten.
De totale kracht naar rechts is: 90 N + 180 N = 270 N
De totale kracht naar links is: 100 N + 150 N = 250 N
270 N - 250 N = 20 N.
De kracht naar rechts is groter dan de kracht naar links.
Het blokje zal steeds sneller naar rechts bewegen.

De resulterende kracht (Fr) of de nettokracht (Fnetto) is de kracht die overblijft als je de krachten bij elkaar hebt opgeteld of van elkaar hebt afgetrokken.
Is de resulterende kracht 0, dan blijft het voorwerp op zijn plaats of houdt het de snelheid die het heeft.

Hefbomen

Hefbomen

Als je voor een bepaalde bezigheid veel kracht nodig hebt, kun je soms gebruik maken van een hefboom.
Een hefboom heeft altijd een draaipunt en twee armen: een korte arm en een lange arm. Door een kleine kracht uit te oefenen op de lange arm krijg je een grotere kracht op de korte arm.

Veel voorwerpen maken gebruik van het hefboomprincipe, bijvoorbeeld een breekijzer, een klauwhamer, een flessenopener, een steeksleutel en een steekwagen/kruiwagen.

Momenten in evenwicht

Als de kracht die wordt uitgeoefend en de lengte van de arm (is afstand tot het draaipunt) met elkaar vermenigvuldigt krijg je het moment.
In formulevorm:

  • moment = kracht x lengte arm of M = F x l


De eenheid voor moment is newtonmeter (Nm).

In een hefboom heb je altijd te maken met twee momenten.
Als de twee momenten in een hefboom even groot zijn is er evenwicht.
Er geldt:

  • M1 = M2
    F1 x l1 = F2 x l2

Voorbeeld - Wip

Voorbeeld
Op een wip zitten twee kinderen. De wip is in evenwicht.
Frank zit aan de linkerkant. Frank heeft een massa van 50 kg.
Frank zit niet helemaal aan het uiteinde: de afstand tot het draaipunt is 2 meter.
Rechts zit Inge. Inge heeft een massa van 40 kg. Inge zit 2,5 meter van het draaipunt.


Voor de wip in evenwicht geldt:

  • F1 x l1 = F2 x l2
    500 N x 2 m = 400 N x 2,5 m
    1000 Nm = 1000 Nm

Voorbeeld - Tang

Een tang werkt ook volgens het hefboomprincipe.
Bekijk de afbeelding.

De totale kracht op het handvat is 20 N.
Bereken de totale kracht die op de bek van de tang ontstaat.

  • Fhandvat x l1 = Fbek x l2
    20 N x 5 cm = Fbek x 1 cm
    Fbek = 100 Ncm/1 cm = 100 N

Katrol

Katrol

Als je een zwaar voorwerp omhoog moet takelen, kun je een katrol gebruiken.

Als je een vast katrol gebruikt, verander je alleen de richting van de kracht die je op het touw uitoefent.
Wil je een kist met een gewicht van 1200 N ophijsen dan heb je een kracht van 1200 N nodig.


Als je meerdere katrollen gebruikt, hoef je minder kracht te zetten om het voorwerp omhoog te krijgen. De eerste katrol is een vaste katrol. De tweede katrol noem je een 'losse' katrollen.
Iedere extra katrol vermindert de kracht die je nodig hebt, maar iedere extra katrol zorgt er wel voor dat je meer touw moet binnenhalen.

 

Tandwielen

Een fiets heeft minimaal twee tandwielen: een tandwiel bij de trappers en een tandwiel bij het achterwiel. De tandwielen zijn verbonden door een ketting. Doorgaans is het tandwiel bij de trapas groter en heeft meer tanden dan het tandwiel bij de as van het achterwiel.

Bekijk de afbeelding.
Het grootste tandwiel heeft 24 tanden.
Het kleine tandwiel heeft 12 tanden.
Als het grote tandwiel één keer ronddraait,
draait het kleine tandwiel twee keer rond.

De verhouding tussen het aantal tandwielen noem je de overbrenging. Hoe kleiner de overbrenging hoe minder kracht je hoeft te zetten om de trappers één keer rond te draaien. Hoe kleiner de overbrenging, hoe kleiner de versnelling.
Een kleinere versnelling betekent wel dat je de trappers vaker rond moet trappen om dezelfde afstand af te leggen.

Druk

Druk

Een kracht kan een druk uitoefenen. De grootte van de druk die een kracht uitoefent, is afhankelijk van het oppervlakte waarop de kracht werkt.
Als een kracht werkt op een klein oppervlakte is de druk groter dan als dezelfde kracht werkt op een groot oppervlakte.

Het symbool voor oppervlakte is de A (van het engelse area).
De eenheid voor oppervlakte is cm² of m².

Het symbool voor druk is de P (van het engelse pressure).
De eenheid voor druk is N/cm² of N/m². De druk bereken je door de kracht te delen door de oppervlakte:

Druk berekenen

Voorbeeld
Een kist heeft een massa van 120 kg.
De oppervlakte van de kant waarmee de kist op de grond staat is 80 cm².
Bereken de druk die de kist op de grond uitoefent.

Gegeven: Fz = 120 x 10 = 1200 N, A = 80 cm²
Gevraagd: p = ?
Uitwerking:

Beweging

Gemiddelde snelheid

De gemiddelde snelheid bereken je door de afgelegde afstand te delen door de tijd die nodig is voor het afleggen van die afstand:

De eenheid voor de afstand (s) is meter (m) of kilometer (km).
De eenheid voor de tijd (t) is seconde of uur (h).
De eenheid voor de gemiddelde snelheid (vgem) is meter per seconde (m/s) of kilometer per uur (km/h). Er geldt: 1 m/s = 3,6 km/h

Voorbeeld
Een auto rijdt van Zutphen naar Amsterdam (110 km) met een gemiddelde snelheid van 80 km/h. Hoe lang duurt de rit?

Gegeven: s = 110 km, vgem = 80 km/h
Gevraagd: t = ?
Uitwerking:

Kracht en bewegen

Krachten op een voorwerp kunnen tot gevolg hebben dat de snelheid waarmee het voorwerp beweegt, verandert.
Om iets te kunnen zeggen over de verandering van de snelheid moet je iets weten over de nettokracht (Fnetto) op het voorwerp en de richting van de kracht.

Er zijn drie verschillende situaties denkbaar:

  • Fnetto = 0 is , dan blijft de snelheid gelijk: er is een constante snelheid of het voorwerp blijft stil staan;
    er is sprake van rust.
  • Fnetto > 0 en Fnetto is in de bewegingsrichting: de snelheid neemt toe: het voorwerp gaat steeds sneller bewegen:
    er is sprake van een versnelling.
  • Fnetto < 0 en Fnetto is tegen de bewegingsrichting in: de snelheid neemt af:
    er is sprake van een vertraging tot het voorwerp stil staat.

Eenparige beweging

Als de nettokracht (Fnetto) op een voorwerp 0 is, dan blijft de snelheid van het voorwerp gelijk: er is een constante snelheid of het voorwerp blijft stil staan.
Als een voorwerp zich met een constante snelheid beweegt, heb je het over een eenparige beweging.

Voorbeeld
Een fietser rijdt met een constante snelheid van 4 m/s.

  • In een v-t diagram geef je de snelheid (v) tegen de tijd (t) weer. Bij een eenparige beweging is de grafiek een horizontale lijn.
  • Het verband tussen de afgelegde weg (s) en de tijd (t) kun je weergeven in een tabel en in een s-t diagram.
    Bij een eenparige beweging is de grafiek een rechte lijn.

 

Versnelde beweging

Als de nettokracht (Fnetto) op een voorwerp groter dan 0 is en de richting van de kracht is in de bewegingsrichting, dan neemt de snelheid van het voorwerp steeds toe: er is sprake van een versnelde beweging.
Voor de versnelling gebruik je het symbool a.
De eenheid van versnelling is m/s² (meter per seconde kwadraat).

  • Het v-t diagram hiernaast hoort bij een optrekkende auto.
    Na 1 sec is de snelheid 4 m/s, na 2 sec is de snelheid 8 m/s, etc.
    De snelheid neemt iedere seconde met 4 m/s toe.
    De versnelling (a) is 4 m/s².
  • Je ziet ook het s-t diagram dat hoort bij de optrekkende auto.
    Omdat de snelheid van de auto toeneemt, legt de auto in iedere volgende seconde een steeds grotere afstand af.
    Je krijgt een gebogen lijn, die steeds steiler loopt.

Vertraagde beweging

Als de nettokracht (Fnetto) op een voorwerp kleiner dan 0 is en de richting van de kracht is tegen de bewegingsrichting in, dan neemt de snelheid van het voorwerp steeds af: er is sprake van een vertraagde beweging.
Voor een vertraagde beweging is de versnelling negatief.

Voorbeeld

  • Het v-t diagram hiernaast hoort bij een afremmende auto.
    Op het moment dat de auto begint te remmen is de snelheid 16 m/s.
    Na 1 sec is de snelheid 12 m/s, na 2 sec is de snelheid 8 m/s, etc.
    De snelheid neemt iedere seconde met 4 m/s af. De versnelling (a) is -4 m/s².
  • Je ziet ook het s-t diagram dat hoort bij de afremmende auto.
    Omdat de snelheid van de auto afneemt, legt de auto in iedere volgende seconde een steeds kleinere afstand af.
    Je krijgt een gebogen lijn, die steeds minder steiler loopt.

Veiligheid

Veiligheid - remweg

De remweg is de afstand die een voertuig aflegt terwijl er wordt geremd. De remweg is afhankelijk van:

  • de snelheid waarmee het voertuig rijdt als het remmen begint.
    Bij een hogere aanvangssnelheid zal de remweg groter zijn dan bij een lagere aanvangssnelheid.
  • de remvertraging.
    Hoe groter de remvertraging hoe kleiner de remweg. De remvetraging hangt af van de soort auto en de stroefheid van het wegdek.


De stopafstand is de afstand die het voertuig nodig heeft om tot stilstand te komen vanaf het moment dat de bestuurder een gevaar waarneemt.
De stopafstand is groter dan de remweg omdat de bestuurder na het waarnemen van het gevaar nog enige tijd nodig heeft om tot actie over te gaan: de reactietijd. Tijdens de reactietijd rijdt het voertuig gewoon door. De afstand die hierbij wordt afgelegd is de reactieweg.

Er geldt: stopafstand = reactieweg + remweg

Het v-t diagram hiernaast hoort bij een remmende brommer.
De aanvangssnelheid van de brommer is 10 m/s.
De reactietijd is 1 seconde.
De remtijd is 3 seconde.
De vertraging is 3,33 m/s².

Voor de remmende brommer kun je ook het s-t diagram tekenen.
In de eerste seconde is de grafiek een rechte lijn.
Daarna krijg je een gebogen lijn die steeds minder steil loopt.
Uit de grafiek kun je aflezen dat de stopafstand ongeveer 25 m is.

Veiligheid - Botsen

Een verkeersongeluk is niet altijd te voorkomen.
Om de schade als gevolg van een verkeersongeluk zo klein mogelijk te laten zijn, zijn er in een auto verschillende veiligheidsvoorzieningen getroffen.

Voorbeelden van deze veiligheidsvoorzieningen zijn:

A bumper
B kreukelzone
C airbags
D veiligheidsgordels.
E hoofdsteunen

Ook als je op een brommer of scooter rijdt, kun je betrokken raken bij een verkeersongeluk.
Om de schade te beperken, ben je meestal verplicht om een valhelm te dragen als je op een brommer of scooter rijdt.

Traagheid

Een voorwerp heeft de neiging om de snelheid te houden die het al had.
Een massa verzet zich tegen verandering van snelheid.
Dit wordt traagheid genoemd.
Hoe groter de massa, hoe groter de traagheid.

Traagheid merk je als je in de auto zit die snel optrekt. Het voelt het alsof je in de autostoel wordt gedrukt.
Dit komt omdat je lichaam zich verzet
tegen de toename van snelheid.
Het omgekeerde gebeurt ook.
Als de auto eenmaal op snelheid is en plotseling afremt, sla je met je gezicht, als je geen gordel draagt, tegen de voorruit.

Beweginsenergie

Bewegingsenergie

Ieder voorwerp dat beweegt, bezit energie: bewegingsenergie of kinetische energie.
De hoeveelheid bewegingsenergie die een voorwerp bezit hangt af van de snelheid waarmee het voorwerp beweegt en de massa van het voorwerp.
Als de snelheid van een voorwerp toeneemt, neemt de hoeveelheid bewegingsenergie ook toe.
Een bewegend voorwerp met een grote massa bezit meer bewegingsenergie dan een voorwerp met een kleinere massa.

Je kunt de bewegingsenergie berekenen met de formule:

  • EB = ½ x m x v²

In de formule is EB de bewegingsenergie in joule (J),
m de massa in kilogram (kg) en
v de snelheid in meter per seconde (m/s).

Van zwaarte - energie

Een voorwerp dat zich op een bepaalde hoogte bevindt, bezit zwaarte-energie.
De hoeveelheid zwaarte-energie die een voorwerp bezit hangt af van de hoogte waarop het voorwerp zich bevindt en de massa van het voorwerp.
Als de hoogte toeneemt, neemt de hoeveelheid zwaarte-energie ook toe.
Een voorwerp met een grote massa bezit meer zwaarte-energie dan een voorwerp met een kleinere massa.

Je kunt de zwaarte-energie berekenen met de formule:

  • EZ = m x 10 x h

In de formule is EZ de zwaarte-energie in joule (J),
m de massa in kilogram (kg) en
h de hoogte in meters (m).

Berekenen van zwaarte- en bewegingsenergie

Voorbeeld 1
Een tennisbal van 56 gram wordt met een snelheid van 90 km/h geserveerd. Bereken de bewegingenergie van de tennisbal.

Gegeven: m = 56 g = 0,056 kg, v = 90 km/h = 25 m/s
Gevraagd: EB = ?
Uitwerking: EB = ½ x m x v² = ½ x 0,056 x 25² = 17,5 J

Voorbeeld 2
Een baksteen van 1,5 kg ligt op een steiger op een hoogte van 6 meter. Bereken de zwaarte-energie van de baksteen.

Gegeven: m = 1,5 kg, h = 6 m
Gevraagd: EZ = ?
Uitwerking: EZ = m x 10 x h = 1,5 x 10 x 6 = 90 J

Wet van behoud van energie

Als een voorwerp van een hoogte naar beneden valt, wordt zwaarte-energie omgezet in bewegingsenergie.
Voor het omzetten van energie geldt de wet van behoud van energie: voor en na de energieomzetting is de totale hoeveelheid energie altijd gelijk.

Voorbeeld
Een baksteen van 1,5 kg ligt op een steiger op een hoogte van 5 meter. De steen valt van de steiger.
Bereken de snelheid waarmee de steen op de grond komt.

Gegeven: m = 2 kg, h = 5 m
Gevraagd: v waarmee de steen op de grond komt.
Uitwerking:
Op het moment dat de steen de grond raakt is alle zwaarte-energie omgezet in bewegingsenergie: EB = EZ
EZ = 2 x 10 x 5 = 100 J
EB = ½ x 2 x v² = 100 J geeft v² = 100 geeft v = 10 m/s

K10 Bouw van materie

Soorten stoffen

Atomen

Als je een klomp goud door het midden deelt, heb je twee klompjes goud. De klompjes zijn weliswaar kleiner, maar beide klompjes hebben nog steeds dezelfde eigenschappen. Goud blijft goud. In theorie zou je door kunnen gaan tot je één gouddeeltje over hebt. Dat deeltje, dat nog steeds dezelfde eigenschappen heeft, noem je een atoom. Atomen zijn de bouwstenen van alles wat je op aarde tegenkomt.

Er zijn in het totaal ruim 100 verschillende atoomsoorten.
Atoomsoorten worden ook wel elementen genoemd.

Hiernaast zie je ook een tekening van een atoom.
In het midden van het atoom zit de kern.
Rond de kern draaien de elektronen.
De kern bestaat meestal weer uit twee soorten deeltjes protonen en neutronen.
Protonen hebben een positieve lading.
De neutronen hebben geen lading.
Elektronen hebben een negatieve lading.

Periodiek systeem

In het periodiek systeem staan de verschillende atoomsoorten.
Het waterstofatoom is het kleinste atoom.
Het waterstofatoom heeft daarom atoomnummer 1.
Koolstof (C) heeft atoomnummer 6. In de kern van het koolstofatoom zitten 6 protonen (+). Rond de kern cirkelen 6 elektronen (-). In de kern zitten ook 6 neutronen.

Het aantal protonen en neutronen bepalen de massa van het atoom:
massagetal = aantal protonen + neutronen

Ionen

Een atoom kan elektronen afstaan of elektronen opnemen van een ander atoom.
Het atoom noem je dan een ion.

Elektronen hebben een negatieve lading. Een atoom dat elektronen heeft afgestaan is daarom een ion met een positieve lading.
Een atoom dat elektronen heeft opgenomen is een ion met een negatieve lading.

Voorbeeld
Het natriumatoom heeft atoomnummer 11.
In de kern zitten 11 protonen.
In ongeladen toestand draaien er ook 11 elektronen rond de kern.
Het natriumatoom wil graag één elektron afstaan.
Gebeurt dat dan wordt het natriumatoom een positief ion: Na1+.

Soorten stoffen: mineralen

Goud is een metaal. Zuiver goud bestaat uit één soort atomen.
De atomen vormen een metaalrooster, ook wel een kristalrooster genoemd.

In een metaalrooster kunnen de elektronen vrij bewegen van het ene atoom naar het andere atoom. Daarom kunnen metalen goed elektrische stroom geleiden.

Andere voorbeelden van metalen zijn: koper, ijzer, aluminium, lood, nikkel, zink en tin.

Soorten stoffen: moleculaire stoffen

Moleculaire stoffen zijn opgebouwd uit moleculen.
Moleculen zijn op hun beurt opgebouwd uit atomen.

Voorbeelden:

  • Het watermolecuul (H2O) bestaat uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom.
  • Het koolstofdioxidemolecuul (CO2) bestaat uit één koolstofatoom en twee zuurstofatomen.
  • Methaan is het belangrijkste gas in aardgas.
    Een methaanmolecuul (CH4) bestaat uit één koolstofatoom en vier waterstofatomen.
  • Het zuurstofmolecuul (O2) bestaat uit twee zuurstofatomen.

Soorten stoffen: zouten

Een zout is een verbinding tussen een positief ion en een negatief ion.

Het bekendste zout is keukenzout (natriumchloride). Het is opgebouwd uit positieve natriuminonen en negatieve chloride-ionen. De ionen trekken elkaar sterk aan en vormen zo een stevig kristalrooster.

Stofeigenschappen

Materie

Stoffen hebben bepaalde stofeigenschappen.
Voorbeelden van stofeigenschappen zijn:

  • kleur: goud heeft een eigen kleur.
  • geur: benzine kun je ruiken.
  • smaak: suiker heeft een zoete smaak.
  • brandbaarheid: aardgas is brandbaar, water niet.
  • giftigheid: koolmonoxide is een giftig gas.
  • dichtheid: de dichtheid van water is 1 kg/dm³
  • kookpunt: het kookpunt van alcohol is 78°C
  • smeltpunt: het smeltpunt van alcohol is -114 °C
  • oplosbaarheid in water: keukenzout is goed oplosbaar in water.
  • geleidbaarheid van stroom: koper geleid de stroom goed.

Van een aantal stofeigenschappen vind je de gegevens in je tabellenboekje (BINAS).

Drijven, zinken en zweven

Water heeft een dichtheid van 1 kg/dmł.

  • Stoffen met een kleinere dichtheid dan de dichtheid van water blijven drijven op het water.
  • Stoffen met een grotere dichtheid dan 1 kg/dmł zinken als je ze in het water gooit.
  • Een stof zweeft in het water als de dichtheid van de stof gelijk is aan de dichtheid van water.

Stoffen en temperatuur

Stoffen kunnen in drie verschillende fasen of aggregatietoestanden voorkomen: als vaste stof, als vloeistof of als gas.
In welke fase de stof voorkomt, hangt af van de temperatuur. Elke zuivere stof heeft zijn eigen smeltpunt en kookpunt.

  • Is de temperatuur lager dan het smeltpunt dan is de stof een vaste stof. De moleculen hebben een vaste plaats.
  • Is de temperatuur hoger dan het kookpunt dan is de stof gasvormig. De moleculen kunnen langs elkaar heen bewegen.
  • Bij een temperatuur tussen het smeltpunt en het kookpunt heb je een vloeistof. De afstand tussen de moleculen is groot.

Fase-overgangen

Een stof kan van de ene fase overgaan in een andere fase.
In het schema zie je de verschillende fase-overgangen.

K11 Straling

Straling en radioactiviteit

Straling

Om iets te kunnen zien heb je licht nodig.
Licht is een vorm van straling.

Naast licht zijn er nog meer stralingsoorten, bijvoorbeeld

  • microgolven, worden gebruikt in een magnetron.
  • infraroodstraling, wordt gebruikt in een afstandsbediening of in een alarmsysteem.
  • UV straling, wordt gebruikt in een zonnebank.
  • röntgenstraling, wordt gebruikt om een röntgenfoto te maken.

Licht is de enige zichtbare straling. De andere soorten straling kun je niet zien.
Je kunt de andere soorten straling wel aantonen of detecteren.

Radioactiviteit

Een radioactieve stof bevat atomen die straling uitzenden.
De atoomkern van de atomen die straling uitzenden is instabiel en valt uiteen.
Hierdoor veranderen de atomen in andere atomen.

Het uitzenden van straling noem je radioactiviteit.
Voorbeelden van elementen die spontaan straling uitzenden zijn Uranium, Polonium en Radium.

Radioactieve straling wordt ook wel ioniserende straling genoemd
omdat radioactieve straling elektronen uit atomen kan wegschieten waardoor er ionen ontstaan.

Radioactieve straling

De belangrijkste soorten radioactieve straling zijn:

  • alfastraling:(α-straling) er worden kleine deeltjes die bestaan uit protonen en neutronen uit de kern weggeschoten.
  • bètastraling: (β-straling) er worden elektronen weggeschoten uit een instabiel atoom.
  • gammastraling: (γ-straling) deze straling bestaat niet uit deeltjes, maar uit golven.


Deze soorten stralen verschillen van elkaar in het doordringend vermogen van de straling.
Alfastraling kan worden tegengehouden door een stukje papier.
Voor bètastraling is al een alumnium/ plaat nodig
en gammastraling gaat zelfs door hele dikke materialen.

Halveringstijd

Als een radioactieve stof radioactieve straling uitzendt, blijven er minder instabiele atomen over.
De radioactieve stof gaat daardoor in de loop van de tijd steeds minder radioactieve straling uitzenden.
De radioactiviteit van een stof kun je meten met een geigerteller.

De halveringstijd van een radioactieve stof is de tijd waarin het aantal instabiele atomen is gehalveerd.
Vaak wordt de halveringstijd uitgedrukt in een percentage.
Op het moment dat je begint te meten is de hoeveelheid 100%. Na een keer de halveringstijd is nog 50% over, na twee keer de halveringstijd is er nog 25% over, na drie keer de halveringstijd is er nog 12,5% over, enzovoorts.

De halveringstijd van radioactieve stoffen kan erg verschillen.
Van sommige stoffen is de halveringstijd slechts enkele seconden.
Van andere stoffen is de halveringstijd duizenden jaren.

Gebruik en gevaar

Gebruik (radioactieve) straling

Straling kan op verschillende manieren worden gebruikt.
In de afbeeldingen zie je een aantal toepassingen van straling.

Kunstmatige radioactieve stoffen

Radioactieve stoffen die radioactieve straling uitzenden, komen in de natuur voor, maar soms worden er ook nieuwe radioactieve stoffen gemaakt.

In een kerncentrale bijvoorbeeld ontstaat bij het opwekken van energie radioactief afval. Dit afval is heel gevaarlijk en het is nog steeds de vraag of dit afval veilig opgeslagen kan worden. Dit is de belangrijkste reden waarom er in Nederland weinig gebruik gemaakt wordt van kernenergie.

In de medische wereld worden kunstmatige radioactieve stoffen gebruikt voor het opsporen van kankergezwellen en om kankergezwellen te bestralen (chemotherapie).

Radioactieve straling

Te lang onbeschermd in de zon liggen is niet goed. Je kunt er huidkanker van krijgen. Het is ook niet goed om met radioactieve straling in contact te komen. De straling kan de cellen in je lichaam beschadigen. Als er veel cellen beschadigen ontstaat er een gezwel.

Mensen die met radioactieve stoffen werken, moeten daarom zeer goede voorzorgsmaatregelen nemen. Er zijn vier manieren waarop bescherming tegen radioactieve straling kan plaatsvinen:

  • Tijd : Minimaliseer de tijd die je aan radioactieve straling wordt blootgesteld.
  • Afstand: Maximaliseer de afstand tot de stralingsbron.
  • Afscherming: Zorg voor een goede afscherming: een schild van lood geeft goede bescherming tegen straling.
  • Insluiting: Zorg voor een goede insluiting: stralingsbronnen moeten worden verpakt in gesloten systemen die de straling binnenhouden.

K12 Ruimte

Het weer

Het weer: temperatuur

Om aan te geven hoe warm het buiten is, gebruik je de temperatuur.
De temperatuur meet je met een thermometer.

Een bekende thermometer is de vloeistofthermometer.
Een vloeistofthermometer bestaat uit een vloeistofreservoir gevuld met een gekleurde vloeistof, een dunne glazen buis (het capillair) en een schaalverdeling.

Een vloeistofthermometer maakt gebruik van het principe dat als de temperatuur stijgt een vloeistof uitzet. Als de temperatuur stijgt, zet de vloeistof in het reservoir uit en stijgt de vloeistof in het capillair.

Temperatuur wordt vaak gemeten in graden Celsius (ºC).
De temperatuur van smeltend ijs is 0 graden Celsius (0 ºC).
De temperatuur van kokend water is 100 graden Celsius (100 ºC).

Temperatuurschaal van Kelvin

De temperatuur van een stof heeft invloed op de snelheid waarmee moleculen in een stof bewegen.
Als de temperatuur daalt, neemt de bewegingssnelheid van de moleculen af. Als de temperatuur laag genoeg is, zullen uiteindelijk alle moleculen stil staan. Deze temperatuur wordt het absolute nulpunt genoemd en ligt bij -273 ºC.

De temperatuurschaal van Kelvin begint bij het absolute nulpunt.
Er geldt: 0 K = -273 ºC.
Kelvin kent dus geen negatieve temperaturen.
Verder is de schaalverdeling bij Kelvin gelijk aan de schaalverdeling bij Celsius, er geldt:

temperatuur K = temperatuur ºC + 273

De temperatuur van smeltend ijs is 273 K.
De temperatuur van kokend water is 373 K.

Bimetaalthermometer

Naast de vloeistofthermometer is de bimetaalthermometer een veel gebruikte thermometer.

In een bimetaaltheormometer zit een plaatje dat bestaat uit twee verschillende metalen (bimetaal).
Als het plaatje warmer wordt, zetten de twee metaalstrookjes verschillend uit, waardoor het bimetaal kromtrekt. Door aan het bimetaal een wijzer vast te maken en die wijzer te laten bewegen langs een schaalverdeling, kan de temperatuur worden afgemeten.

Het weer: neerslag

Bij neerslag gaat het om het vallen (neerslaan) van water.
De meeste neerslag valt in de vorm van regen of sneeuw.
Andere vormen van neerslag zijn ijzel, hagel, mist en dauw.
In welke vorm de neerslag valt, hangt af van de temperatuur tijdens het vallen van de neerslag en de temperatuur van de grond:

  • Als de temperatuur tijdens het vallen van de neerslag steeds onder de 0°C is, krijg je sneeuw.
  • Is de temperatuur het laatste stuk boven de 0°C dan krijg je regen.
  • Als de neerslag eerst smelt en daarna weer bevriest, krijg je hagel.
  • IJzel krijg je als er regendruppels op de een bevroren grond vallen.
  • Dauwdruppels krijg je als het na een mooie dag 's nachts flink afkoelt.
    Waterdamp condenseert dan vlak boven de grond.
  • Mist is eigenlijk niets anders dan een laag hangende wolk.
    De waterdruppeltjes zijn zo klein dat ze in de lucht blijven zweven.

Het weer: luchtdruk

De dunne laag lucht die zich rond de aarde bevindt, wordt de atmosfeer genoemd. De lucht heeft een massa en wordt dus aangetrokken door de aarde: de lucht oefent druk uit op de aarde.

De luchtdruk is de kracht waarmee de lucht op 1 cm² of 1 m² drukt.
De eenheid van druk is N/cm² of N/m².
De luchtdruk wordt ook vaak uitgedrukt in bar of millibar of Pascal (Pa) of hectoPascal (hPa).
Er geldt:
1 bar = 1000 mbar
1 hPa = 100 Pa
1000 hPa = 1 bar = 1000 mbar = 10 N/cm²

De luchtdruk op aarde is niet overal en altijd even groot. De luchtdruk varieert tussen de 960 mbar en 1040 mbar.
De luchtdruk meet je met een barometer.

Luchtdruk - wind

De luchtdruk op aarde is niet overal gelijk. Hoe hoger je in de atmosfeer komt, hoe lager de luchtdruk. Je zegt ook lucht wordt ijler.

Maar ook als je op dezelfde hoogte blijft, is de luchtdruk niet steeds hetzelfde. Verschillen in luchtdruk ontstaan onder andere door temperatuurverschillen tussen plekken op aarde.
Door de verschillen in luchtdruk ontstaat er wind. Lucht stroomt van gebieden met een hoge luchtdruk naar gebieden met een lagere luchtdruk. Bij een groot verschil in luchtdruk stroomt er veel lucht: je krijgt wind met een grote windsnelheid.

Gebieden met een lage luchtdruk noem je depressies. Bij een depressie hoort slecht weer: bewolking, regen en harde wind. In een hogedrukgebied is de druk hoog vergeleken met de omgeving. Lucht stroomt van boven naar beneden. Dat zorgt voor mooi, rustig weer met vaak weinig bewolking.

Windsnelheid

De windsnelheid meet je met een windmeter.
De windsnelheid kun je uitdrukken in m/s of km/h.
Hoe groter de windsnelheid hoe krachtiger de wind.
De windkracht wordt aangegeven op de schaal van Beaufort.
Windkracht 3 is een matige wind. Windkracht 10 is zware storm.

Naast de windkracht is ook de windrichting belangrijk. De windrichting geeft aan uit welke richting de wind komt. Afhankelijk van de windrichting wordt er warme of koude lucht aangevoerd en bevat de lucht die wordt aangevoerd veel of weinig vocht.

Het weer: onweer

Een stof kan door wrijving elektrisch geladen raken. De wrijving zorgt er voor dat elektronen van de atomen die in de stof zitten, aan de wandel gaan. De stof kan hierdoor positief of negatief geladen raken.

In een wolk kunnen door luchtstromingen ook concentraties van elektrische positieve of negatieve ladingen ontstaan. Als wolken met tegengestelde ladingen vlak langs elkaar heen gaan, kan er een vonk (bliksemflits) overslaan en hoor je even later een knal (donder). Het verschil in lading kan ook zo sterk zijn dat de elektronen de sprong naar de aarde maken: je hebt dan een blikseminslag.

Onweer en bliksem

Vaak kun je onweer zien aankomen. Als de wolken steeds donkerder worden, is er onweer op komst. Ook kun je vaak het merken aan het kraken van het geluid van de radio of televisie, of aan het onrustig worden van je huisdier.

Een bliksemflits is een enorme elektrische vonk, die wel een stroomstoot van 200 000 Ampère kan leveren. Het spanningsverschil kan oplopen tot 100 miljoen Volt. Maar, omdat een bliksemflits maar heel kort duurt, is de hoeveelheid energie die wordt geleverd niet zo heel groot.

In Nederland zijn er paar jaar zo'n 100 000 blikseminslagen. Dat is heel wat als je weet dat een blikseminslag gevaarlijk kan zijn. Maar gelukkig zijn veel gebouwen beveiligd met een bliksemafleider.

Een bliksemafleider is een metalen staaf met daaraan een stroomdraad. De bliksemafleider wordt bovenop het huis geplaatst. De blikseminslag vindt dan plaats in de staaf en niet in het gebouw. Door de draad wordt de elektrische stroom afgevoerd naar de grond.

Beschermen tegen onweer

Je kunt je bezittingen beschermen tegen onweer:

  • door bliksemafleiders te installeren.
  • door, als het onweert, stekkers van elektrische apparaten uit het stopcontact te trekken.
  • door, als het onweert, de deuren en ramen te sluiten.

Je kunt jezelf beschermen tegen onweer door:

  • als je thuis bent, uit de buurt van stromend water te blijven.
  • als je buiten bent, proberen te schuilen in een stevig gebouw of in een auto. Raak geen metalen delen aan,
  • als je aan het zwemmen bent, zo snel mogelijk het water uit.
  • als je buiten bent, nooit te gaan schuilen onder een alleenstaande hoge boom of een lantaarnpaal.
  • als je in een bos of op een open veld bent, nooit plat op de grond te gaan liggen.
    Ga gehurkt op je tenen zitten en sla je armen op je knieën.

Zonnestelsel

Zonnestelsel: zon en planeten

Ons zonnestelsel bestaat uit de zon met de daaromheen draaiende hemellichamen. Deze hemellichamen zijn door de zwaartekracht aan de zon gebonden. Ons zonnestelsel is één van de vele zonnestelsels; de sterren die je 's nacht ziet zijn zonnen van andere zonnestelsels.

In ons zonnestelsel is de zon het enige hemellichaam dat licht geeft. Alle andere hemellichamen weerkaatsen dat licht en zijn daarom soms zichtbaar. Om de zon draaien acht planeten plus een aantal dwergplaneten.

Hieronder namen van de acht planeten.
Mercurius, Venus, Aarde, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus
De planeet Mercurius ligt het dichtste bij de zon, de planeet Neptunus het verste weg.

In een zonnestelsel bevindt zich slecht één ster: de zon.
In een sterrenstelsel bevinden zich vele sterren.
Het sterrenstelsel waarin ons zonnestelsel zich bevindt, is de Melkweg.

Omlooptijd en omwentelingstijd

De tijd die een planeet nodig heeft om eenmaal rond de zon te draaien heet de omlooptijd.
De omlooptijd wordt ook wel een jaar genoemd.
De omlooptijd van een planeet hangt af van de afstand van de planeet tot de zon en van de snelheid waarmee de planeet beweegt. De planeten die dichter bij de zon staan hebben een kortere omlooptijd.

Behalve dat de planeten rond de zon draaien, draaien ze ook om de eigen as.
De tijd die een planeet nodig heeft om rond zijn as te draaien noem je de omwentelingstijd. De omwentelingstijd wordt ook wel een dag genoemd.

Manen

Een planeet is een hemellichaam dat om de zon draait.
Een maan is een hemellichaam dat om een planeet draait.

De aarde heeft één maan. Saturnus heeft er 21 en Jupiter heeft er zelfs 63.
Mercurius en Venus zijn de enige twee planeten die geen manen hebben.

De maan van de aarde draait in ongeveer 28 dagen om de aarde heen. De baan om de aarde is ongeveer 160.000 km.

Net als de planeten geeft een maan zelf geen licht, maar weerkaatst de maan zonnestralen.
Als de maan precies tussen de zon en de aarde staat, wordt alleen de kant van maan verlicht die je niet kunt zien: je spreekt van nieuwe maan.
Is de maan volledig zichtbaar dan spreek je van een volle maan.

Andere hemellichamen

Planetoïden
Planetoïden zijn rotsachtige hemellichamen. Er zijn er meer dan 2.500 zichtbare, en daarnaast nog duizenden hele kleine. De grootste is Ceres met een doorsnee van 1.000 km.

Kometen
Kometen bestaan uit bevroren water, methaan, kooldioxide en rotsdeeltje, met daar omheen gas en stof. Kometen draaien ook om de zon, maar in een ellipsvormige baan, waardoor het soms moeilijk is te voorspellen wanneer de komeet weer terug komt. De beroemdste komeet is de komeet van Halley.

Meteorieten
Meteorieten zijn brokken materie (gesteente of ijzer) die, in tegenstelling tot de meeste rostblokken, niet meteen verbranden als ze door de atmosfeer van de aarde dringen. Meteorieten kunnen grote kraters slaan in de aarde. De grootste bekende meteoriet ligt in Zuid-Afrika en weegt meer dan 60 ton.

Zon, aarde en maan

Zon

De zon is een doodgewone gele ster, waarvan er miljarden andere zijn. Veel sterren die je vanavond misschien ziet, zijn identiek aan de zon. Ze staan alleen miljoenen keren verder weg.

De zon is een enorme bol van gas die door zwaartekracht bij elkaar wordt gehouden. In het binnenste van de zon (de kern) is het extreem heet. Aan de buitenkant (fotosfeer) straalt de zon die energie uit. Met de hoeveelheid energie die de zon in één seconde uitstraalt, zouden we voor 500.000 jaar genoeg hebben om in onze energiebehoefte op aarde te voorzien. Helaas verdwijnt het grootste deel in de ruimte...

Corona
De uitgerekte atmosfeer rond de zon noem je de corona. Tijdens een zonsverduistering is de corona korte tijd prachtig zichtbaar.

Zonnevlammen
Een zonnevlam is een explosie op het oppervlak van de zon. Die explosie ontstaat door het plotseling vrijkomen van een grote hoeveelheid energie.

Fotosfeer
De zichtbare buitenkant van de zon noem je de fotosfeer. De fotosfeer is de laag waar het voor ons zichtbare licht vandaan komt.

​Convectiezone
De convectiezone is het gebied tussen de mantel en de fotosfeer. Vanuit dit hebied stijgen hete gasbellen op naar de buitenkant van de zon.

Mantel
Het gedeelte rond de kern wordt de mantel genoemd. De mantel wordt naar buiten toe steeds minder dicht en ook steeds minder heet.

Kern
Het binnenste deel van de zon noem je de kern. De kern heeft een doorsnede van 200.000 km. Hier is de temperatuur het hoogst, ruim 15 miljoen graden.

Aarde

De aarde is vanaf de zon gezien de derde planeet in ons zonnestelsel. Op aarde komt leven voor; tot op heden is er nog geen ander leven ontdekt op andere planeten binnen ons zonnestelsel of daarbuiten.
De korst van de aarde is ongeveer 40 km dik en bestaat uit meerdere platen. Onder de korst vinden we de mantel waarop de platen als het waren drijven. De mantel is ongeveer 2900 km dik. Onder de mantel zit de kern, verdeelt in een buitenkern en binnenkern. De kern heeft een diameter van ongeveer 3470 km.

Rond de aarde bevindt zich de atmosfeer of dampkring.
De atmosfeer is door de zwaartekracht aan de aarde gebonden en is van essentieel belang voor het leven op aarde.
De ozonlaag is een laag in de atmosfeer en beschermt ons tegen schadelijke straling, m.n. UV-straling, die afkomstig is van de zon. De onzonlag bevindt zich op zo'n 30 km hoogte.

Buiten de atmosfeer (of dampkring) is er sprake van een vacuüm: een ruimte zonder materie. In dagelijks taalgebruik wordt ook vaak de term luchtledig gebruikt.

Banen

De aarde maakt een vrijwel cirkelvormige baan om de zon.
De afstand van de aarde tot de zon is 150 miljoen kilometer.
Een rondje om de zon duurt voor de aarde 365 en een kwart dag.
Dat noemen we een jaar. Omdat we geen kwart dagen hebben, hebben we schrikkeljaren ingevoerd. Eens in de vier jaar duurt het jaar een dag langer: 29 februari. Zouden we dat niet doen, dan schuiven de seizoenen op en valt de winter uiteindelijk in augustus...

De maan maakt een ellipsvormige baan rond de aarde. Daardoor varieert de afstand tussen de aarde en de maan tussen 363.000 km en 406.000 km. Staat de maan dicht bij de aarde dan zie je hem iets groter dan als hij ver weg staat. Dat is op de foto goed te zien. Rechts zie je de maan als hij dichtbij staat. Links een foto van de maan met dezelfde camera (telescoop) gemaakt, twee weken later. Toen stond de maan op zijn verst van de aarde.

Dag en nacht - Zomer en winter

De aarde draait om de zon. Daarnaast draait de aarde ook om zijn as en daarom is er dag en nacht. Als het bij ons licht is, is het aan de andere kant van de aarde (bijv in Australië) nacht.
De zon staat het hoogst om 12 uur 's middags - tenminste in de winter. In de zomer hebben we de zomertijd ingevoerd: de klok is een uur vooruit gezet. Door de zomertijd is het in de zomer 's avonds een uur langer licht, waardoor we later het licht aan doen en dus minder energie verbruiken.

In de zomer hebben we meer uren zon dan in de winter. Dat komt doordat de aardas iets schuin staat.
In de afbeelding zie je dat aangegeven. Landen op het noordelijk halfrond 'liggen' zomers langer in de zon. In het zuidelijk halfrond is dat net andersom. Op de evenaar is er geen verschil tussen het aantal uren zon in de winter en de zomer.

Maangestalten

De maan draait in ongeveer 28 dagen om de aarde. Als het bij ons donker is, zie we vaak de maan. Maar de maan staat net zo vaak overdag aan de hemel, maar ze valt dan minder goed op.

Je spreekt van een volle maan als de maan met de volledig verlichte kant naar ons toe staat. Zie je de helft van de maan, dan spreek je van van een halve maan. Bij een wassende maan is de maan in het eerste kwartier: de maansikkel wordt steeds groter.
Na de volle maan is de maan in het laatste kwartier en wordt de maan steeds kleiner; je spreekt van afnemende maan.

Wordt de maan van achteren belicht dan zie je de maan niet; je spreekt dan van nieuwe maan.

Eb en vloed

In Nederland is het elke dag twee keer eb en vloed.

  • Vloed is de periode tussen laagtij (laagste stand van het water) en hoogtij (hoogste stand van het water). Vloed is dus de periode dat het water stijgt.
  • Eb is de periode dat het water daalt; de periode tussen hoogtij en laagtij.


Eb en vloed (de getijden) ontstaan door de aantrekkingskracht van de maan. De maan draait om de aarde; dat komt doordat de aarde een kracht (zwaartekracht) uitoefent op de maan.
Omgekeerd oefent de maan ook een kracht uit op de aarde. Deze kracht is weliswaar veel kleiner, maar trekt wel het water op aarde naar zich toe. De aarde draait rond, waardoor de maan steeds een ander stuk water naar zich toetrekt. Daardoor ontstaan eb en vloed.

Maansverduistering

De aarde wordt verlicht door de zon. Achter de aarde (vanuit de zon gezien dan) is het dus donker. Soms komt de maan, tijdens het draaien rond de aarde, in dit schaduwgebied terecht. Dat kan alleen bij volle maan. De maan wordt dan enige tijd verduisterd.

Een maansverduistering doet zich (op aarde) voor wanneer de zon, de aarde en de maan op één lijn staan (met de aarde in het midden). Normaal weerkaatst de maan het licht van de zon naar de aarde, maar tijdens een maansverduistering staat de aarde in de weg en ontvangt de maan geen zonlicht: de maan bevindt zich in de schaduw van de aarde, maar is dan niet onzichtbaar: ze krijgt een oranjerode kleur.
Die kleur wordt vooroorzaakt doordat de aardatmosfeer het zonlicht verstrooit.

Zonsverduistering

De maan kan precies tussen de zon en de aarde staan en werpt dan haar schaduw op de aarde. Die schaduw is ongeveer 100 km breed. Mensen die zich in de schaduw bevinden, zien enkele minuten de zon niet; dit is een volledige zonsverduistering. Mensen die net buiten de schaduw zijn, zien een gedeeltelijke zonsverduistering. Zonsverduisteringen komen regelmatig voor, op verschillende plaatsen op aarde.

In Nederland zullen gedeeltelijke zonsverduisteringen zichtbaar zijn op:

  • 10 juni 2021,
  • 25 oktober 2022 en
  • 29 maart 2025.

V1 Verkeer

Krachten en bewegen

Kracht en versnelling

Krachten op een voorwerp kunnen tot gevolg hebben dat de snelheid waarmee het voorwerp beweegt, verandert.

Als de de nettokracht (Fnetto) op het voorwerp groter dan 0 is, zijn er twee mogelijkheden:

  • werkt de kracht in de bewegingsrichting dan neemt de snelheid toe: er is sprake van een versnelling.
  • werkt de kracht tegen de bewegingsrichting in dan neemt de snelheid af: je spreekt van een vertraging (of negatieve versnelling).


Voor de versnelling gebruik je het symbool a.
De eenheid van versnelling is m/s2.

Kracht, massa en versnelling

De grootte van versnelling is afhankelijk van de nettokracht op het voorwerp en de massa van het voorwerp.
Er geldt:


In de formule is: Fnetto de nettokracht in N,
m de massa van het voorwerp in kg en a de versnelling in m/s².

Voorbeeld
Een brommer heeft een massa van 100 kg. De aandrijvingkracht van de motor is 200 N.
Bereken de versnelling als je met volle kracht optrekt.
Gegeven: Fnetto = 200 N, m = 100 kg
Gevraagd: a
Uitwerking:

Versnelling en snelheid

Als de de nettokracht (Fnetto) op een voorwerp groter dan 0 is, neemt de snelheid steeds toe: er is sprake van een versnelling.

Voorbeeld
Een brommer trekt op vanuit stilstand met een versnelling van 2 m/s2.
De verandering van de snelheid kun je weergeven in een tabel:


Bij de tabel hoort de formule: vt = a x t
Hierin is vt de snelheid op tijdstip t.
v4 is dus de snelheid na 4 s; v4 = 8 m/s

Versnelling en snelheid

Een beweging begint niet altijd uit stilstand.
De formule om de snelheid uit te rekenen wordt dan:
vt = v0 + a x t
In de formule is v0 de beginsnelheid, de snelheid op tijdstip 0.

Voorbeeld
Een brommer rijdt met een snelheid van 8 m/s.
De brommer geeft gedurende 3 seconde extra gas.
De versnelling is 2 m/s2.
Bereken de snelheid na 3 seconde.
Gegeven: v0 = 8 m/s, t = 3 s en a = 2 m/s2
Gevraagd: v3 = ?
Uitwerking: v3 = 8 m/s + 2 m/s2 x 3 s = 8 m/s + 6 m/s = 14 m/s

Versnelde beweging

tijd - snelheid
Het v-t diagram hiernaast hoort bij een optrekkende auto,
met een versnelling (a) van 4 m/s2.
Na 1 sec is de snelheid 4 m/s,
na 2 sec is de snelheid 8 m/s, etc.

 



tijd - afstand
Je ziet ook het s-t diagram dat hoort bij de optrekkende auto.
Omdat de snelheid van de auto toeneemt, legt de auto in
iedere volgende seconde een steeds grotere afstand af.
Je krijgt een gebogen lijn, die steeds steiler loopt.

Arbeid en bewegen

Arbeid

In de natuurkunde is arbeid een maat voor de inspanning die door een kracht wordt geleverd bij de verplaatsing van een voorwerp.

Het symbool voor arbeid is de W (van het engelse work).
De eenheid voor arbeid is Nm of Joule (J).
Er geldt: 1 Nm = 1 J.

De verrichte arbeid (W) bereken je door de kracht (F) te vermenigvuldigen met de afgelegde afstand (s):

  • W = F x s

Voorbeeld
Hoeveel arbeid moet een hijskraan leveren om een 2000 kg zware kist 10 meter omhoog te hijsen.
Gegeven: m = 200 kg geeft Fz = 2000 x 10 = 20.000 N, s = 10 m
Gevraagd: W = ?
Uitwerking: W = F x s = 20.000 N x 10 m = 200.000 Nm = 200 kJ

Bewegingsenergie

Ieder voorwerp dat beweegt, bezit energie: bewegingsenergie of kinetische energie.
De hoeveelheid bewegingsenergie die een voorwerp bezit hangt af van de snelheid waarmeer het voorwerp beweegt en de massa van het voorwerp. Als de snelheid van een voorwerp toeneemt, neemt de hoeveelheid bewegingsenergie ook toe.
Een bewegend voorwerp met een grote massa bezit meer bewegingsenergie dan een voorwerp met een kleinere massa.

Je kunt de bewegingsenergie bereken met de formule:

  • EB = ½ x m x v²

In de formule is EB de bewegingsenergie in joule (J),
m de massa in kilogram (kg)
en v de snelheid in meter per seconde (m/s).

Van zwaarte-energie

Een voorwerp dat zich op een bepaalde hoogte bevindt, bezit zwaarte-energie.
De hoeveelheid zwaarte-energie die een voorwerp bezit hangt af van de hoogte waar op het voorwerp zich bevindt en de massa van het voorwerp.
Als de hoogte toeneemt, neemt de hoeveelheid zwaarte-energie ook toe. Een voorwerp met een grote massa bezit meer zwaarte-energie dan een voorwerp met een kleinere massa.

Je kunt de zwaarte-energie bereken met de formule:

  • EZ = m x 10 x h

In de formule is EZ de zwaarte-energie in joule (J),
m de massa in kilogram (kg)
en h de hoogte in meters (m/s).

Het getal 10 is de gravitatieconstante of valversnelling.
Op aarde is de valversnelling 9,8 m/s², afgerond 10 m/s².

Berekenen van zwaarte- en bewegingsenergie

Voorbeeld 1
Een tennisbal van 56 gram wordt met een snelheid van 90 km/h geserveerd. Bereken de bewegingenergie van de tennisbal.

Gegeven: m = 56 g = 0,056 kg, v = 90 km/h = 25 m/s
Gevraagd: EB = ?
Uitwerking: EB = ½ x m x v² = ½ x 0,056 x 25² = 17,5 J

Voorbeeld 2
Een baksteen van 1,5 kg ligt op een steiger op een hoogte van 6 meter.
Bereken de zwaarte-energie van de baksteen.

Gegeven: m = 1,5 kg, h = 6 m
Gevraagd: EZ = ?
Uitwerking: EZ = m x 10 x h = 1,5 x 10 x 6 = 90 J

Wet van behoud van energie

Als een voorwerp van een hoogte naar beneden valt, wordt zwaarte-energie omgezet in bewegingsenergie.
Voor het omzetten van energie geldt de wet van behoud van energie: voor en na de energieomzetting is de totale hoeveelheid energie altijd gelijk.

Voorbeeld
Een baksteen van 1,5 kg ligt op een steiger op een hoogte van 5 meter. De steen valt van de steiger. Bereken de snelheid waarmee de steen op de grond komt.

Gegeven: m = 2 kg, h = 5 m
Gevraagd: v waarmee de steen op de grond komt.
Uitwerking: Op het moment dat de steen de grond raakt is alle zwaarte-energie omgezet in bewegingsenergie: EB = EZ
EZ = 2 x 10 x 5 = 100 J
EB = ½ x 2 x v² = 100 J geeft v² = 100 geeft v = 10 m/s

Remmen en botsen

Remmen

Voor het remmen van een voorwerp is remkracht nodig.
De remkracht x remweg is de arbeid die de remmen moeten verrichten.
De arbeid is nodig om de bewegingsenergie terug te brengen naar 0.

Bij remmen geldt dus dat de verrichte arbeid gelijk is aan de bewegingsenergie op het moment van remmen.
In formulevorm:

  • W = Eb oftewel F x s = ½ x m x v²


In de formule is F de kracht in N, s de afstand in m, m de massa in kg en v de snelheid in m/s.


Voorbeeld
Een auto plus passagiers weegt 800 kg. De auto rijdt met een snelheid van 20 m/s. De remmen van de auto leveren een remkracht van 4800 N. Bereken de remweg van de auto.

Gegeven: m = 800 kg, v = 20 m/s, Frem = 2400 N
Gevraagd: s = ?
Uitwerking:

  • Eb = ½ x m x v² = ½ x 800 x 20² = 160.000 Nm
    W = Eb, dus W = 160.000 Nm
    W = F x s = 160.000 Nm
    4800 x s = 160.000 Nm geeft s = 33,3 m

 

Botsen

Als een auto in botsing komt met een andere auto of met een ander voorwerp komt de auto snel tot stilstand. De remweg is dan erg klein. Hierdoor is de remkracht erg groot. Deze grote remkracht moet worden opgevangen door de auto en de passagiers.
Om er voor te zorgen dat de kracht die moet worden opgevangen door de passagiers niet te groot wordt, zijn er in een auto verschillende veiligheidsmaatregelen getroffen:

A bumper
B kreukelzone
C kooiconstructie
D airbags
E hoofdsteunen
F veiligheidsgordels.

V2 Constructies

Krachten en evenwicht

Zwaartekracht

De kracht die de aarde op voorwerpen uitoefent, noem je de zwaartekracht (Fz).
De zwaartekracht zorgt er voor dat alles wat een massa heeft een gewicht krijgt. Er geldt: Fg = Fz ≈ 10 x m

Het massamiddelpunt of zwaartepunt van een voorwerp is het punt waarin je de zwaartekracht op dat voorwerp laat aangrijpen. De ligging van het zwaartepunt is afhankelijk van de vorm en de samenstelling van het voorwerp.

Op een voorwerp dat op een tafel ligt, werkt de zwaartekracht. Toch valt het voorwerp niet naar beneden. Dat komt omdat er op het voorwerp ook een reactiekracht (of normaalkracht) werkt. De tafel oefent op het boek een kracht uit als reactie op de zwaartekracht. De nettokracht (Fnetto) op het voorwerp is 0.

Reactiekrachten

Een ander voorbeeld van een reactiekracht is de veerkracht (Fv). Als je een voorwerp aan een veer hangt, gaat de veer op het voorwerp een veerkracht uitoefenen. Als het voorwerp in evenwicht is, is de grootte van de veerkracht gelijk aan de grootte van de zwaartekracht. De richting van de krachten is tegengesteld.

De reactiekracht van een touw of ketting wordt wel de spankracht (Fs) genoemd. Als je een voorwerp aan een touw hangt, dan rekt het touw iets uit en gaat strak staan door de gewichtskracht die het voorwerp op het touw uitoefent. Als het voorwerp stil hangt, is de kracht die het touw op het voorwerp uitoefent even groot als de gewichtskracht. De richting van de krachten is tegengesteld.

Een duwkracht neigt ertoe een voorwerp samen te persen.
Een massieve balk of staaf kan een een duwkracht opvangen.

Wel of geen evenwicht?

Als de krachten en reactiekrachten die op een voorwerp werken elkaar opheffen, dan spreek je van een stabiel evenwicht.

Voor een voorwerp waarop krachten in stabiel evenwicht werken geldt:

  • dat het voorwerp niet vervormt.
  • dat de snelheid (en de bewegingsrichting) van het voorwerp niet verandert: het voorwerp blijft stilliggen of blijft voortbewegen met dezelfde snelheid en in dezelfde richting.


Als de krachten en reactiekrachten die op een voorwerp elkaar niet opheffen geldt dat het voorwerp vervormt en/of dat de snelheid en/of bewegingsrichting van het voorwerp verandert.

Moment en evenwicht

Als je een kracht uitoefent op een voorwerp dat een draaipunt heeft, krijg je een moment. Een moment is het product van de kracht en de lengte van de arm (is de afstand tot het draaipunt).
In formulevorm:

  • moment = kracht x lengte arm of M = F x l


De eenheid voor moment is newtonmeter (Nm).

In een hefboom heb je altijd te maken met twee tegengesteld werkende momenten. Als de twee momenten in een hefboom even groot zijn is er evenwicht.
Er geldt:
M1 = M2
F1 x l1 = F2 x l2

Krachten construeren

Krachten samenstellen

Als twee krachten op hetzelfde voorwerp in dezelfde richting werken,
kun je de krachten bij elkaar optellen.
Als twee krachten op hetzelfde voorwerp in tegengestelde richting werken,
trek je de krachten van elkaar af.
Als twee krachten in verschillende richtingen werken,
kun je nettokracht samenstellen door middel van een tekening.


Bekijk de voorbeelden.

Krachten ontbinden

Soms moet je één kracht opdelen in twee aparte krachten.
Dat noem je het ontbinden van een kracht.

Voorbeeld
Bekijk de figuur. Aan een waslijn hangt een kledingstuk van 2 kg.
Hoe groot zijn de trekkrachten op AB en BC.

Heuvel op

Voorbeeld
Een auto van 800 kg staat op een helling. Om de helling op te rijden moet de auto de zwaartekracht en de wrijvingskracht en luchtweerstand (samen 2000 N) overwinnen.
Bepaal hoeveel aandrijfkracht de auto minstens moet leveren om naar boven te rijden.