+ voorstuwen en tegenwerken

Voortstuwende en tegenwerkende krachten
Als je tegen de wind in fietst, moet je flink trappen om vooruit te komen. Jouw spieren leveren de voortstuwende kracht die nodig is om de fiets te laten bewegen.

Als je stopt met trappen, verandert dat. Je fiets verliest dan meteen snelheid. Dat komt doordat er verschillende tegenwerkende krachten op jou en je fiets werken. Die brengen je fiets in korte tijd tot stilstand.

Een van de tegenwerkende krachten is de luchtwrijving. Deze kracht ontstaat doordat je de lucht voor je steeds opzij moet duwen. De luchtwrijving is het grootst bij tegenwind, maar hij is er ook bij windstil weer. Alleen als je meewind hebt en de wind jou net kan bijhouden, valt de luchtwrijving weg.

Een andere tegenwelende kracht is de rolwrijving. De rolwrijving ontstaat doordat de banden en de ondergrond vervormen tijdens het rijden. Hoe groter die vervorming is, des te groter is de rolwrijving. Daarom is het zo zwaar om door mul zand te rijden: dat een ondergrond die sterk vervormt.

 

De tegenwerkende krachten verminderen
Er zijn verschillende manieren bedacht om tegenwerkende krachten kleiner te maken. Auto's en vliegtuigen hebben bijvoorbeeld een gestroomlijnde vorm, want dat vermindert de luchtwrijving. Om dezelfde reden zitten wielrenners voorovergebogen op hun fiets. Ze hoeven dan minder lucht opzij te duwen.

Ook de rolwrijving kan kleiner gemaakt worden. Als je over een hobbelige oppervlak fietst, is de rolwrijving groot. Je banden vervormen elke keer dat ze tegen een hobbel botsen. Wegen en fietspaden hebben daarom een vlak wegdek. Wielrenners verminderen de rolwrijving door hun bander keihard op te pompen, zodat die moeilijk kunnen vervormen.

Tegenwerkende krachten ontstaan ook in je fiets, waar onderdelen langs elkaar wrijven. Denk bijvoorbeeld aan de schakels van een fietsketting, die steeds langs elkaar scharnieen. Je kunt de wrijvingskrachten klein houden door je ketting af en toe te smeren.

 

De nettokracht
Op een bewegend voorwerp, auto of een fiets, werken verschillende krachten. Samen oefenen die kracht en één resulterende kracht op net voorwerp uit: de nettokracht of resultante. In de paragraaf 'Krachtenleer' heb je geleerd hoe je de nettokracht in verschiltende situaties kunt bepalen.

In de tekening zie je een auto die wordt geduwd. Op de auto werken vier krachten: de zwaartekracht Fz, de normaalkracht Fn, de duwkracht Fduw en de wrijvingskracht Fw. Om de tekening eenvoudig de houden, heeft de tekenaar alle krachten laten aangrijpen in het zwaartepunt Z.

De zwaartekracht en normaalkracht zijn even groot, maar werken in tegengestelde richtingen. Deze twee krachten heffen elkaar dus op. De duwkracht en de wrijvingskracht werken ook in tegengestelde richtingen, maar ze heffen elkaar niet op: de duwkracht is duidelijk groter. Dat betekent dat er een nettokracht: Fr werkt naar rechts.

 

De nettokracht laat de snelheid veranderen
Als je zachtjes tegen een auto duwt, gebeurt er niets. Dat komt doordat er dan tegenwerkende krachten ontstaan die even groot zijn als de duwkracht. De nettokracht blijft daardoor 0 N. Als je iets harder duwt, worden de tegenwerkende krachten ook iets groter. De nettokracht blijft 0 N.

Pas als je flink kracht zet, verandert dat. De tegenwerkende krachten kunnen jouw duwkracht dan niet meer compenseren. De nettokracht wordt nu voor het eerst groter dan O N. De auto begint daardoor te rollen en beweegt steeds sneller, in de richting van de nettokracht.
Onthoud:

Als de voortstuwende kracht groter is dan alle tegenwerkende krachten samen, beweegt het voorwerp versneld.

Als de auto de gewenste snelheid heeft, duw je iets minder hard. De voortstuwende kracht en de tegenwerkende krachten zijn nu weer even groot. De nettokracht wordt opnieuw 0 N. In deze situatie is er geen kracht die de beweging versnelt, maar ook geen kracht die de beweging afremt. Dat betekent dat het voorwerp met precies dezelfde snelheid verder beweegt:

Als de voortstuwende kracht even groot is als alle tegenwerkende krachten samen, verandert de snelheid niet.

Als de nettokrachtt 0 N is en het voorwerp beweegt al, dan beweegt het met dezelfde snelheid verder. Maar als de nettokracht 0 N is en het voorwerp staat stil, dan blijft dat zo. Het voorwerp komt dan niet in beweging.

Als je na een tijdje ophoudt met duwen, blijven alleen de tegenwerkende krachten over. De nettokracht wordt dan opnieuw groter dan 0 N. Aileen werkt deze nettokracht de andere kant op, tegen de bewegingsrichting in. Dat zorgt ervoor at de auto vertraagt en tot stilstand komt.

Als de voortstuwende kracht kleiner is dan alle tegenwerkende krachten samen, beweegt het voorwerp vertraagd.

 

De nettokracht laat de richting veranderen 
De nettokracht kan een bewegend voorwerp niet alleen iaten versnellen of vertragen. De nettokracht kan het voorwerp ook van richting laten veranderen. Denk aan een situatie waarin er opeens een harde windstoot komt van opzij.

Als de nettokracht loodrecht op de bewegingsrichting staat, verandert alleen de richting van de beweging; de snelheid van het voorwerp blijft dan even groot. Als de nettokracht een andere hoek met de bewegingsrichting maakt, veranderen zowel de snelheid als de bewegingsrichting.

 

Voorbeeld
Hieronder zijn drie situaties 2 afgebeeld. Beredeneer hoe het voorwerp in elke situatie zal bewegen.
 

De antwoorden staan hier onder. Even door scrollen.

 

 

 

 

 

 

 

De raket beweegt versneld. Dat komt doordat voortstuwende kracht groter is dan alle tegenwerkende krachten samen. De nettokracht werkt in dezelfde richting als de beweging.

Het vliegtuig beweegt vertraagd. Dat komt doordat de voortstuwende kracht kleiner is dan alle tegenwerkende krachten samen. De  nettokracht werkt tegen de bewegingsrichting in.

En als laatste verandert de auto van richting, doordat er opeens een hevige windstoot van rechts komt. De nettokracht laat de auto afbuigen naar de linkerkant van de weg.