Mechanica gaat over kracht en beweging. In deze paragraaf leer je welke krachten er zoal zijn, hoe ze genoemd worden en hoe je ze tekent.
1.1 Krachtenplaatjes
Je gaat leren krachten in verschillende situaties aan te wijzen. Een kracht wordt uitgeoefend door iets op iets anders. Een kracht heeft een grootte, een richting en een aangrijpingspunt. Een kracht kan je handig aangeven met een pijl, omdat een pijl ook een grootte, een richting en een aangrijpingspunt heeft.
Neem als voorbeeld eens een aantal paperclips aan een magneet.
Op de onderste paperclip werkt een aantrekkende kracht van de bovenste paperclip. We kunnen dit magnetische kracht Fm noemen. Om aan te geven dat de kracht wordt uitgeoefend door de bovenste paperclip op de onderste schrijven we Fm van bovenste clip op onderste clip. Het aangrijpingspunt is het punt waar de bovenste de onderste raakt, de richting is omhoog en de grootte is onbekend.
De krachten in het bovenstaande voorbeeld heb je waarschijnlijk al wel eens voorbij zien komen. Hieronder staat nog een voorbeeld van een aantal krachten die werken op een wielrenner die door de bocht gaat.
De wielrenner oefent een kracht Fz op de grond uit. Om ervoor te zorgen dat wielrenner niet naar beneden valt moet de grond dus ook een kracht omhoog uitoefenen. Op deze manier kunnen alle voorwerpen een kracht uitoefenen tegengesteld aan de richting van die kracht die op hen worden uitgeoefend. Dat geldt voor de grond en de zwaartekracht, zoals in het plaatje hierboven, maar bijvoorbeeld ook als je tegen een muurtje leunt. De muur duwt dan terug zodat je rechtop blijft staan. We noemen deze kracht de normaalkracht of FN.
De volgende oefeningen zijn bedoeld om te oefenen in het aanwijzen en tekenen van krachten. Je ziet ook voorbeelden van de meest voorkomende krachten.
Maak opgaven uit de volgende 10 pagina's in je werkboek.
Teken krachten als pijltjes en zet er een geschikte naam bij.
In het bestand hieronder vind je het werkboek, Dit heb je gedurende de hele module nodig.
Deze kracht wordt Coulombkracht of elektrostatische kracht genoemd.
1.1.8 Helikopter
Teken de kracht van het touw op de soldaat.
1.1.9 Dat is strek
Teken de kracht van de arm op de riem van de veerunster.
1.1.10 Fietsica
Teken in het werkboek de tegenwerkende kracht op de voorste fietser.
1.2 Theorie
In de volgende paragrafen leer je
(1) hoe je krachten precies aangeeft met een pijl,
(2) hoe je kracht kan meten,
(3) wat een krachtwet is en verschillende voorbeelden van krachtwetten, waaronder de gravitatiekracht.
We sluiten af met een samenvatting.
1.2.1 Tekenafspraken
We maken voor deze e-klas de volgende tekenafspraken voor het tekenen van krachten met behulp van pijlen. Deze pijlen worden in de natuurkunde ook wel vectoren genoemd.
Later in deze e-module komt aan bod hoe je krachten bij elkaar op kunt tellen om tot een uiteindelijke kracht te komen die overblijft. Deze kracht noemen we ook wel de resulterende of resultante kracht. Als je dit andersom doet, zoals in het onderste voorbeeld, en een kracht ontbindt in verschillende richtingen noemen we dit ook wel krachtcomponenten. In het onderstaande geval is de kracht Fs ontbonden in een x-component en een y-component.
1.2.2 Kracht meten
In de onderbouw leerde je dat je kracht kunt meten met een krachtmeter. Een ander woord voor krachtmeter is veerunster. Je maakt dan gebruik van het feit dat een veer verder uitrekt als er een grotere kracht op wordt uitgeoefend. Voor veel veren is het verband tussen uitrekking en uitgeoefende kracht rechtevenredig. De evenredigheidsconstante wordt dan veerconstante genoemd.
Er bestaan veel verschillende veerunsters.
Invullen
Opdracht 1
Bepaal de veerconstante c van de veer uit het volgende filmpje.
Gegeven is dat elk massaatje 50 gr is, oftewel met 0,50 (N) trekt. Hint: gebruik de formule c=F/u.
1.2.3 Krachtwetten
Van alle krachten is uitgezocht hoe ze afhangen van andere grootheden. Zo hangt bijvoorbeeld luchtwrijvingskracht af van het frontale oppervlak dat tegen de lucht botst, de stroomlijn, de dichtheid van de lucht en de snelheid. Zo'n verband is vaak weer te geven in een formule. Een krachtwet is een formule waarin een kracht wordt uitgedrukt in andere grootheden. Er bestaan krachtwetten voor magnetische kracht, elektrostatische kracht, gravitatiekracht, zwaartekracht, veerkracht, luchtwrijvingskracht etc.
De volgende krachtwetten worden in deze module veel gebruikt. Je moet ze kennen:
Veerkracht: Fv = -C·u met C de veerconstante in N/m (dit is een materiaaleigenschap van de veer en geeft aan hoe stug de veer is) en u de uitwijking uit de evenwichtsstand in m.
Zwaartekracht: Fz = m·g met m de massa in kg en g de valversnelling in m/s2 (deze hangt af van de afstand tot het middelpunt van de aarde en is in Nederland op het aardoppervlak 9,81 m/s2).
Luchtwrijvingskracht: Fw,l = ½ cw·A·ρ·v2 met cw de luchtwrijvingscoëfficiënt zonder eenheid, A het frontale oppervlak in m2, ρ de luchtdichtheid in kg/m3 en v de snelheid in m/s.
1.2.4 Gravitatiekracht
Je kunt zwaartekracht ook op een andere manier uitdrukken dan op de vorige pagina, namelijk door de volgende formule:
Deze wet is opgesteld door Isaac Newton en geeft de aantrekkende kracht tussen twee massa's m1 en m2 aan. M1 kan bijvoorbeeld de massa van de zon zijn en m2 de massa van de aarde. Deze formule geeft dan de kracht waarmee de zon aan de aarde trekt (en waarmee de aarde aan de zon trekt). Deze kracht veroorzaakt de baan van de aarde rondom de zon. Het mooie van deze krachtwet (en het briljante van Newton) is dat deze wet opgaat voor alles met massa. Alles wat massa heeft, trekt aan alles wat massa heeft en deze wet zegt je precies hoe hard er getrokken wordt.
In deze krachtwet vind je ook nog een ‘r'. Dit is de afstand tussen de zwaartepunten van de twee massa's m1 en m2. G is een constante, de gravitatieconstante, met een waarde van 6,67·10-11 N·m2·kg-2 (zie ook Binas tabel 7).
Applet zon en planeet
Bekijk de volgende applet en beantwoord daarmee de volgende vragen.
De volgende vragen gaan over de formules voor zwaartekracht die je eerder al bent tegengekomen:
Maak de volgende vragen in je schrift:
1. Hoe zie je aan formule (1) voor de gravitatiekracht dat het een relatief kleine kracht is?
2. Hoe zie je aan formule (1) dat als de massa van de zon groter is, dat dan de gravitatiekracht ook groter is?
3. Hoe zie je aan formule (1) dat als de afstand tussen aarde en zon twee keer zo klein is, dat dan de gravitatiekracht vier keer zo groot is?
4. De kracht waarmee de aarde aan een persoon van 50 kg trekt is met beide formules uit te rekenen. Er moet natuurlijk hetzelfde uitkomen. Reken dit na.
5. Als je de twee krachtwetten vergelijkt, dan kan je laten zien dat g=m1·G/r2.
a. Gebruik beide formules om dit te laten zien.
b. Reken uit dat deze formule de correcte waarde voor g oplevert.
Het arrangement 1 H1 Krachten in soorten en maten is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Bètapartners
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2014-11-26 19:42:11
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Dit materiaal is achtereenvolgens ontwikkeld en getest in een SURF-project (2008-2011: e-klassen als voertuig voor aansluiting VO-HO) en een IIO-project (2011-2015: e-klassen&PAL-student). In het SURF project zijn in samenwerking met vakdocenten van VO-scholen, universiteiten en hogescholen e-modules ontwikkeld voor Informatica, Wiskunde D en NLT. In het IIO-project (Innovatie Impuls Onderwijs) zijn in zo’n samenwerking modules ontwikkeld voor de vakken Biologie, Natuurkunde en Scheikunde (bovenbouw havo/vwo). Meer dan 40 scholen waren bij deze ontwikkeling betrokken.
Organisatie en begeleiding van uitvoering en ontwikkeling is gecoördineerd vanuit Bètapartners/Its Academy, een samenwerkingsverband tussen scholen en vervolgopleidingen. Zie ook www.itsacademy.nl
De auteurs hebben bij de ontwikkeling van de module gebruik gemaakt van materiaal van derden en daarvoor toestemming verkregen. Bij het achterhalen en voldoen van de rechten op teksten, illustraties, en andere gegevens is de grootst mogelijke zorgvuldigheid betracht. Mochten er desondanks personen of instanties zijn die rechten menen te kunnen doen gelden op tekstgedeeltes, illustraties, enz. van een module, dan worden zij verzocht zich in verbinding te stellen met de programmamanager van de Its Academy (zie website).
Gebruiksvoorwaarden: creative commons cc-by sa 3.0
Handleidingen, toetsen en achtergrondmateriaal zijn voor docenten verkrijgbaar via de bètasteunpunten.
Aanvullende informatie over dit lesmateriaal
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Deze les maakt onderdeel uit van de e-klas 'Kracht en beweging' voor havo en VWO 4 voor het vak natuurkunde.
Leerniveau
HAVO 4;
VWO 4;
Leerinhoud en doelen
Kracht/beweging bij mensen, verkeer, transport van goederen en zonnestelsel;
Ruimte;
Natuurkunde;
Eindgebruiker
leerling/student
Moeilijkheidsgraad
gemiddeld
Trefwoorden
e-klassen rearrangeerbaar
1 H1 Krachten in soorten en maten
nl
Bètapartners
2014-11-26 19:42:11
Deze les maakt onderdeel uit van de e-klas 'Kracht en beweging' voor havo en VWO 4 voor het vak natuurkunde.
Werkboek
