Valversnelling
In de natuurkunde wordt er vaak gewerkt met het gewicht, gewicht is een kracht. Hieronder staat hoe je deze moet berekenen.
Valversnelling (g); Op aarde is er een aantrekkingskracht naar het middelpunt van de aarde toe, dit zien wij door de valversnelling (g) die 10 m/s2 is. Dit betekent dat als je van grootte hoogte valt, de snelheid elke seconde toeneemt met 10 m/s. De kracht (F), in Newton (N), die hierbij hoort heet de zwaartekracht. Elk voorwerp met een massa krijgt door de valversnelling een gewicht.
Zwaartekracht = massa x valversnelling dit is in symbolen Fzwaarte = m x g
Als je op je weegschaal staat meet je massa in kg, je gewicht is dan je massa keer de valversnelling. Als mijn massa 65 kg is, is mijn gewicht 650 N.
Arbeid
Arbeid is de energie die nodig is om een voorwerp te verplaatsen. Of als je je aan het inspannen bent, de energie die je nodig hebt om een afstand af te leggen. Hierbij is er altijd een kracht in het spel, bijvoorbeeld motorkracht in een auto, of spierkracht als je een voorwerp optilt. Ook moet er altijd een afstand afgelegd worden. Als er geen afstand wordt afgelegd, vindt er ook geen arbeid plaats.
Het symbool voor Arbeid is W en de eenheid is Joule (J):
Arbeid = kracht x afstand dit is in symbolen W = F x s
Je kunt Joule ook uitdrukken in Newtonmeter.
Joule = Newton x meter dit is in symbolen J = N x m = Nm
Arbeid
Arbeid berekenen
Voorbeeld
Een paard trekt een kar 500 meter over de akker, de kracht die het paard moet leveren is 2500N. Bereken de arbeid die het paard verricht om de kar voort te trekken.
Gegeven: F = 2500 N, s = 500 m rekendriehoek hulpmiddel
Gevraagd: W =?
Formule: W = F x s
Berekening: W = 2500 x 500
Antwoord: W = 1.250.000 J ofwel 1250 kJ
Paard en wagen
Zwaarte energie
Zwaarte energie wordt ook wel hoogte energie genoemd. Dit is dus de energie die een voorwerp heeft op een bepaalde hoogte.
Als je het over energie hebt is de eenheid altijd Joule (J).
Zwaarte energie = massa x valversnelling x hoogte dit is in symbolen Ezwaarte = m x g x h
De massa (m) is in kilogram (kg), de valversnelling (g) op aarde is 10 m/s2 en de hoogte (h) is in meters (m).
Zwaarte energie berekenen
Voorbeeld
Een bloempot met een massa van 1,5 kg staat op de rand van het dak van een flat. De flat is 350 meter hoog. Bereken de zwaarte energie van de bloempot.
Gegeven: m = 1,5 kg, g =10 m/s2, h = 350 m
Gevraagd: Ezwaarte = ?
Formule: Ezwaarte = m x g x h
Berekening: Ezwaarte = 1,5 x 10 x 350
Antwoord: Ezwaarte = 5250 J
Bewegings- (kinetische) energie
Bewegingsenergie is de energie die beweging oplevert. Bewegingsenergie is een energievorm, dus de eenheid is in Joule (J). De bewegingsenergie is afhankelijk van de massa en de snelheid.
Ekinetisch = 0,5 x m x v2 Ekinetisch = 0,5 x massa x snelheid2
De massa is in kilogram (kg) en de snelheid in meter per seconde (m/s)
Bewegings- (kinetische) energie berekenen
Voorbeeld
Jan haalt de finish op zijn racefiets met 30 km/h. De massa van Jan is 60 kg. Hoe hoog was Jan zijn bewegingsenergie toen hij door de finish racete?
Gegeven: m = 60 kg, v = 30 km/h
Let op: je moet de snelheid in m/s omrekenen!
30 km/h = 30 / 3,6 = 8,3 m/s
Gevraagd: Ekinetisch = ?
Formule: Ekinetisch = 0,5 x m x v2 = 0,5 x 60 x 8,32 = 2067 J
Berekening: Ekinetisch = 0,5 x 60 x 8,32
Antwoord: Ekinetisch = 2067 J
omrekenen km/h naar m/s
Wet behoud van energie
Energie gaat nooit verloren! En energie kan niet uit het niks ontstaan. Dit betekent dat energie alleen kan worden omgezet in andere energie, de totale energie blijft altijd gelijk. Dit is de wet van behoud van Energie.
Als een automotor arbeid levert wordt deze omgezet in bewegingsenergie van de auto. De motor wordt hierbij ook warm. Warmte is ook energie. De arbeid die de motor levert wordt dus omgezet in warmte en bewegingsenergie.
Als een skiër de berg af skiet dan wordt zijn zwaarte energie omgezet in bewegingsenergie.
Als een voorwerp over een oppervlakte glijdt kan er warmte ontstaan. Deze warmte wordt ook wel wrijvingsenergie genoemd. Het warmte verschil door de wrijving is moeilijk te meten, omdat het verschil vaak maar heel erg klein is. Tijdens natuurkundige opdrachten verwaarlozen wij daarom vaak de wrijving en doen wij alsof het geen bijdrage heeft.
Energie omzetting berekenen
Voorbeeld 1
Op de grond staat een doos van 15 kg, deze wordt door Jan op de tafel getild. De tafel is 90 cm hoog. Hoeveel arbeid kost dit Jan?
Gegeven: mdoos = 15 kg, g = 10 m/s2, h = 90 cm = 0,90 m
Gevraagd: W = ?
Er gaat geen energie verloren, en energie kan niet uit het niks ontstaan. De zwaarte energie die de doos krijgt moet dus gelijk zijn aan de arbeid die Jan levert.
Formule: W = Ezwaarte = m x g x h
Berekening: W = Ezwaarte = 15 x 10 x 0,90 = 135 J
Antwoord: W = Ezwaarte = 135 J
Voorbeeld 2
Een blokje met een massa van 250 g glijdt van een helling af. De helling is 75 cm hoog. Berekende snelheid die het blokje onderaan de helling heeft. 
Gegeven: m = 250 g = 0,250 kg, h = 75 cm = 0,75 m, g = 10 m/s2
Gevraagd: v = ?
De zwaarte-energie van het blokje wordt omgezet in bewegings-energie. Als je de bewegingsenergie weet, kun je met de formule voor Ekinetisch de snelheid uitrekenen
Formule: Ezwaarte = Ekinetisch , m x g x h = 0,5 x m x v2
m x g x h = 0,5 x m x v2 , in beide formules staat de massa, hierdoor mag je de massa weg strepen.
g x h = 0,5 x v2, je deelt beide kanten van de formule door 0,5
v2 = 2 x g x h, om v uit te rekenen trek je de wortel aan beide kanten van de formules
v = √(2 x g x h)
Berekening: v = √(2 x 10 x 0,75)
Antwoord: v = 3,87 m/s
