Hoofdstuk 1, Krachten

Samenvatting Natuurkunde H1.

Gevolgen van de werking van krachten de je kan zien:
• Vervormen. Deze vervorming kan elastisch zijn (als de kracht niet meer werkt, keert de oorspronkelijke vorm weer terug) of plastisch (dan wordt het voorwerp blijvend vervormd). De vervorming kan groot of klein zijn.
• De beweging van een vervorming kan veranderen, als er een kracht op werkt. Bijvoorbeeld bij een voetbalwedstrijd. Daar wordt de beweging en richting van de bal steeds veranderd en de snelheid steeds vergroot of verkleind.
Er zijn verschillende soorten krachten.

• Je hebt veerkracht (Fv). Bijvoorbeeld als je een elastiek uitrekt, voel je het elastiek trekken. Veerkracht ontstaat, als elastische voorwerpen worden uitgerekt of ingedrukt.
• Je hebt spierkracht (Fsp). Bijvoorbeeld als je een deur dicht doet, oefenen je handen een kracht uit op de deur. Spierkracht ontstaat, doordat spieren in je lichaam zich samentrekken.
• De aantrekkingskracht van de aarde, zwaartekracht (Fz). Bijvoorbeeld als je een pen loslaat, valt deze op de grond. De valbeweging is het gevolg van een aantrekkende kracht door de aarde.
De hoofdletter f staat voor het Engelse woord force wat kracht betekent.

Kracht is een grootheid, je kunt het meten. De eenheid van kracht de newton (N). Deze eenheid is genoemd naar de Engelse natuurkundige Isaac Newton.
100 gram = 1 newton (N)
1 kg = 10 newton (N)
Krachten tekenen
Krachten kun je aangeven door pijlen te tekenen. Zo’n pijl wordt ook wel vector genoemd. Dit zijn de tekenregels:
1. De richting van de pijl geeft aan, in welke richting de kracht werkt.
2. De plaats waar je de pijl laat beginnen, geeft de plaats aan waar de kracht wordt uitgeoefend. De pijl begint in het zwaartepunt als een voorwerp de kracht uitoefent of iets in evenwicht is. Het heeft met de zwaartekracht te maken. Anders zou je een heleboel kleinen pijltjes moeten tekenen. Met één punt (zwaartepunt (Z) is dit makkelijker.
3. De lengte van de pijl geeft aan, hoe groot de kracht is.

Krachten met dezelfde richting optellen
Meestal werken er meer krachten tegelijk op een voorwerp. De kracht die hetzelfde gevolg heeft als alle krachten samen, noem je de nettokracht.
De nettokracht kun je berekenen door alle krachten bij elkaar op te tellen. Je moet dan natuurlijk wel rekening houden met de richting. Je kunt de krachten naar links negatief tellen en de krachten naar rechts positief. Als de nettokracht negatief is, is de kracht die naar links trekt groter.
------------------ 2 N
---------------------------- 3 N
------------------------------------------------ 5 N nettokracht

2 N------------------ ---------------------------- 3 N
-------- 1 N

Zwaartekracht en gewicht
Een schilderij oefent een kracht uit of het koord waar het aan hangt, dit is een voorbeeld van gewicht (G). Maar de zwaartekracht werkt op het schilderij.
Zwaartekracht en gewicht zijn verschillende krachten. De zwaartekracht werkt altijd op het voorwerp, terwijl het gewicht een kracht is van het voorwerp op de ondergrond (waarop het voorwerp staat) of het koord (waaraan het voorwerp hangt).
De zwaartekracht en het gewicht zijn in rustsituaties gelijk qua grootte. Maar als je bijvoorbeeld wandelt, verandert je gewicht voortdurend, terwijl de zwaartekracht steeds hetzelfde blijft. Een ander voorbeeld: op een vallende steen werkt wel de zwaartekracht, maar tijdens de val heeft de steen geen gewicht. Hij is dan gewichtloos, omdat hij geen kracht op de grond of op een ‘ophangpunt’ uitoefent.


De oorzaak van zwaartekracht
Alle voorwerpen oefenen een aantrekkende kracht op elkaar uit. Dat komt doordat alle voorwerpen massa hebben. Deze aantrekkingskracht is groter:
• Als de massa’s van de voorwerpen groter zijn.
• Als de voorwerpen zich dichter bij elkaar bevinden.
• De zwaartekracht op een potlood is een voorbeeld van de aantrekkingskracht tussen twee massa’s: die van het potlood en die van de aarde. Dat een boek harder wordt aangetrokken door de aarde komt, doordat de massa van het boek groter is.
Het zwaartepunt
Elk voorwerp heeft een zwaartepunt. Dit is een (denkbeeldig) punt waar je de zwaartekracht kunt laten ‘aangrijpen’.
Als het zwaartepunt boven het steunvlak ligt, is het voorwerp in evenwicht. Als het zwaartepunt zich niet boven het steunvlak bevindt, zal het voorwerp gaan kantelen. Dat Z echt het zwaartepunt is, kun je controleren door het voorwerp op je vinger te laten balanceren. Als je vinger zich precies onder Z bevindt, moet het voorwerp in evenwicht zijn. Het zwaartepunt kan zich ook buiten het voorwerp bevinden, bijvoorbeeld bij een ring.
Stabiliteit

Een voorwerp kan in evenwicht zijn, maar toch gemakkelijk omvallen als je er een zetje tegenaan geeft. De stabiliteit van zo’n voorwerp is niet groot. Bijvoorbeeld vazen, hijskranen en keukentrappen.
Je kunt de stabiliteit op twee manieren vergroten:
1. Het steunvlak vergroten. Een auto is stabieler naarmate de afstand tussen de wielen groter is.
2. Het zwaartepunt lager leggen. Een auto is stabieler naarmate de (zware) motor lager in het voertuig geplaatst wordt.
Je kunt het zwaartepunt ook verlagen door meer massa aan de onderkant van een voorwerp aan te brengen. Een hijskraan wordt bijvoorbeeld stabieler gemaakt door de voet te verzwaren met blokken beton.
De veerconstante
Omdat de uitrekking van een veer recht evenredig is met de kracht waarmee je aan een veer trekt, krijg je steeds hetzelfde constante getal als je de kracht deelt door de bijbehorende uitrekking. Dit constante getal noem je de veerconstante. De veer constante geeft aan hoeveel newton er nodig is per cm of m uitrekking. Je kunt de veerconstante als volgt bepalen of uitrekenen:
Kracht F
Veerconstante= uitrekking of in symbolen: C= u

De veerconstante geeft de stugheid van de veer aan. Hoe groter de veerconstante, des te stugger is de veer.
Een regel voor evenwicht
kracht٠arm (linksom) = kracht٠arm (rechtsom).
In symbolen:
F٠d (linksom) = F٠d (rechtsom).
Het product F٠d wordt het moment M genoemd en de regel voor evenwicht de momentenwet. Er is evenwicht wanneer het moment linksom even groot is het moment rechtsom.
Voorbeeld:

Marieke (40 kg) zit op 3 m v/h draaipunt v.d. wip. Bereken hoe ver Bart (60 kg) moet gaan zitten om evenwicht te maken.
Uitwering:
F٠d (Marieke) = F٠d (Bart)
400٠3 = 600٠d
d= 1200: 600= 2,0 m

Kracht en oppervlakte
Hoe groter de oppervlakte is, des te beter wordt de kracht ‘verdeeld’. Het oppervlak hoeft dan minder kracht te weerstaan per cm².
Druk berekenen
Als er op 2 m² een kracht werkt van 16000 N, dan werkt er per m² een kracht van 8000 N. Je zegt dan: de druk is 8000 newton per vierkante meter. Je kunt de druk berekenen door de kracht (in N) te delen door de oppervlakte (in m²).
Kracht F
Druk= oppervlakte of in symbolen: p= A
Je vindt de druk dan in newton per m² (N/m²). Er is afgesproken dat 1 N/m² = 1 Pa. Je treft dan ook vaak de afkorting Pa (van pacal) aan.
Druksterkte en treksterkte

De maximale druk die een materiaal kan verdragen heet de druksterkte. Aan de druksterkte kun je dus zien hoe goed een materiaal tegen druk bestand is.
Om aan te geven wanneer een materiaal breekt, als eraan getrokken wordt, heeft men de treksterkte ingevoerd.
Er is geen verband tussen de druk- en treksterkte van een materiaal.