## Theorie 4.1

Inleiding kracht & beweging https://youtu.be/HuTc9-SMKX4

Lesdoel 4.1 begrijpen: Ik kan het verband tussen kracht en beweging uitleggen

Wat wij zien is dat er in verschillende situaties een kracht wordt uitgeoefend op een voorwerp met overeenkomende effecten: er vindt vervorming plaats. In het geval van de ballon kon het zijn vorm niet meer behouden, omdat het te heet werd en het elastiek stuk ging. Bij zowel de klap in het gezicht als de pijl door het acquarium vindt er een vervorming plaats van het materiaal. Het verschil zit hem in de elasticiteit van het materiaal: huid is elastischer dan glas. De huid buigt mee, glas breekt af.

Zijn er nog meer effecten die ontstaat wanneer er een kracht op een voorwerp wordt uitgeoefend?
Kijk nogmaals naar de pijl:

Kijk goed naar de pijl, deze gaat niet zomaar bewegen! De pijl wordt naar achter gehouden, doordat het elastiek (blauw in de tekening) vast is gezet aan een haakje (rood rondje). Wanneer het elastiek losschiet, gaat het elastiek terug naar zijn eigen ontspannen toestand. De krachten die hierbij vrij komen worden over gedragen aan de pijl. Hierdoor krijgt de pijl een snelheid vooruit en wordt deze weg geschoten.

Wij kunnen het volgende stellen: een voorwerp wordt pas in beweging gebracht wanneer er een kracht op werkt.

Nu kunnen we de volgende opsomming maken van de verschillende effecten die een kracht kan hebben wanneer deze op een voorwerp wordt uitgeoefend:

- Een voorwerp wordt vervormd (breking)
- Een voorwerp beweegt
- Een voorwerp versnelt/vertraagt
- Een voorwerp verandert van richting

Verder maken we onderscheid tussen krachten die op afstand werken en krachten die enkel werken op basis van contact.
Zwaartekracht is overal aanwezig, het werkt op elk voorwerp. Een gebouw kan enkel blijven staan, doordat de enorme zwaartekracht die op een gebouw wordt uitgeoefend, verdeeld wordt over de fundamenten van een gebouw.
In het inleidende filmpje was te zien hoe het gezicht pas werd vervormd op het moment dat de hand het gezicht raakte van de ander.

Bouwwerkers moeten soms een gebouw slopen, omdat het gebouw verouderd is. Onderstaande video laat zien wat het effect is van het plaatsen van explosieven op specifieke plaatsen.

Het effect van het plaatsen van explosieven op verschillende plekken in een gebouw https://youtu.be/MDcmTo_1PlI

G-krachten

In de twee figuren hierboven zien we het effect van een g-kracht. G-krachten zijn het gevolg van een bewegingsverandering in een cirkelvormige beweging.

In het linkerplaatje is de beginsituatie te zien: een karretje vliegt de looping in met een bepaalde snelheid. In het rechterplaatje is deze snelheid aangeduid met een pijl. Deze snelheid blijft gedurende de hele situatie hetzelfde: Vbegint. Maar toch verandert er iets aan de situatie: de richting van de snelheid veranderd: Veind.

Ook al blijft de grootte van de snelheid constant, er is sprake van een verandering van de richting van de snelheid. Ook het veranderen van de richting van de snelheid vereist een kracht. De oorzaak is de beweging van het karretje: deze gaat vooruit in een cirkelbeweging is. De krachten die in een cirkelbeweging ontstaan noemen wij g-krachten.

We kennen dus krachten in drie verschillende situaties:

1. Kracht op afstand

2. Contactkracht

3. Kracht in een cirkelbeweging

Lesdoel 4.1 verklaren: Ik kan in eigen woorden uitleggen wat een kracht is

In bovenstaand figuur is te zien hoe wielrenners zich zo klein mogelijk maken. Dat doen zij om de luchtweerstand te verminderen. Door te gaan fietsen, ontstaat er luchtweerstand. De lucht moet feitelijk opzij worden geduwd zodat een voorwerp vooruit kan gaan. Hoe sneller een voorwerp vooruit gaat, des te sneller de lucht opzij moet worden geduwd, des te meer weerstand de lucht zal leveren.
Elk voorwerp die met een grote snelheid door de lucht beweegt, wilt zo weinig mogelijk luchtweerstand ervaren. Binnen de natuurkunde is hiervoor zelfs een apart onderzoeksgebied ontstaan, die zich enkel bezighoudt met het onderzoeken van natuurkundige wetmatigheden van lucht en de technische toepassingen die hieruit ontstaan, zoals bepaalde vormen van vliegtuigen. Dit vakgebied heet aerodynamica, naar de griekse benaming van lucht aeras.

Luchtweerstand

Race tussen een Formule 1 auto, een Motorbike en een Powerboat https://youtu.be/qCNwjgML9sg

In het filmpje is te zien hoe de Formule 1 auto uiteindelijk de grote winnaar is. Voor als je je hebt afgevraagd waarom een Formule 1 auto zo'n rare vorm heeft in vergelijking met de auto's die je op de weg ziet rijden is hier de verklaring: een Formule 1 auto is zo ontworpen dat de luchtweerstand minimaal is, terwijl de auto met een maximale snelheid vooruit kan rijden.
Dit is de reden dat zowel de motorbike als de powerboat het zullen afleggen: beide ervaren simpelweg teveel weerstand. Zowel de motorbike als de powerboat hebben teveel luchtweerstand.

Wat gebeurt er als je met een powerboat hogere snelheden probeer te bereiken?

Powerboat vliegt door de lucht https://youtu.be/DGPjfTD_G5o

Hoe ontstond de crash van de powerboat?

1. Een powerboat probeert zo snel mogelijk vooruit te komen in het water. Op elk moment zet de boot zich af van het water om vooruit te komen.

2. Een powerboat is zo aerodynamisch ontworpen dat de luchtweerstand minimaal is. Op het moment dat de boot een hoge snelheid heeft bereikt, zal er een luchtkussen ontstaan tussen de boot en het water.

3. Op het moment dat de powerboat een dermate hoge snelheid heeft bereikt, dat de boot geen contact meer heeft met het water, zal de luchtkussen de boot omhoog duwen. De boot heeft tenslotte geen houvast meer, dus er is niets wat de boot tegenhoudt om een andere richting op te gaan.

Ontstaan van krachten

De sprinter zet zich af tegen de ondergrond. Een kracht ontstaat wanneer een voorwerp een kracht uitoefent op een ander voorwerp waar het zich tegen kan afzetten. De sprinter zet zich af tegen de ondergrond, de kracht waarmee de sprinter zich afzet is even groot als de kracht waarmee de sprinter vooruit komt.
Hoe groter de gewenste snelheid, hoe meer wrijving er nodig is om vooruit te komen.

In de ruimte is er geen lucht, er is enkel een vacuüm. Je zou verwachten dat een raket in de ruimte niet vooruit kan komen, doordat het niets heeft om zich tegen af te zetten. Wat er in werkelijkheid gebeurt is dat een raket zich afzet tegen zijn eigen uitlaatgassen. Omdat er juist in de ruimte een vacuüm is, is de weerstand praktisch nul. Dat betekent dat een raket enorme snelheden kan bereiken met kleine hoeveelheden brandstoffen die het verbrandt.

Hoe vliegt een vliegtuig?

Een vliegtuig kan vliegen, doordat het zich kan afzetten van de lucht. Maar dat gaat niet zomaar, een vliegtuig moet voldoende luchtstroming hebben, voordat het zich van deze lucht kan afzetten. Dit is de reden dat vliegtuigen altijd lange landings - en vertrekbanen hebben: afhankelijk van het type heeft een vliegtuig een snelheid nodig van 111 (klein vliegtuig) tot 263 (groot vliegtuig) km/h om op te stijgen. Pas bij deze snelheden is er voldoende luchtstroming langs de vleugels om liftkracht te kunnen krijgen.