8.1 Verschillende krachten
> Welke soorten krachten zijn er?
Er zijn veel soorten krachten.
Spierkracht: de kracht die je spieren kunnen leveren.
Zwaartekracht: de kracht waarmee de aarde aan voorwerpen trekt.
Weerstandskracht: een tegenwerkende kracht.
Windkracht: de kracht van de wind.
Elektrische kracht: de kracht van de elektrische spanning.
Kleefkracht: de kracht waarmee dingen aan elkaar blijven plakken.
Ondersteunende kracht of normaalkracht: het tegengestelde van de zwaartekracht.
Magnetische kracht: de kracht van een magneet.
Spankracht: de kracht die werkt als een touw of elastiek is uitgerekt.
Het symbool voor kracht is F (van het Engelse ‘force’). Kracht meet je in newton (N). De kracht in newton bereken je door de massa in kilogram x 10 te doen. Je gewicht is de kracht in newton die je op de vloer uitoefent.
> Hoe geef je een kracht weer?
Een kracht kun je niet zien, maar de gevolgen van een kracht (meestal) wel. Een kracht teken je als een pijl. De pijlpunt geeft de richting van de kracht aan. De lengte van de pijl geeft de grootte van de kracht aan. Daarom heb je een schaal als je een kracht tekent: 1 cm ≙ … N. De plaats waar de kracht op het voorwerp werkt is het aangrijpingspunt.
8.2 Krachten meten
> Hoe meet je kracht?
Kracht meet je met een krachtmeter. Daarin zit een veer die uitrekt als er een voorwerp aan hangt. Op de krachtmeter zit een schaalverdeling van de grootte van de kracht in newton. Voor een goede meting moet je:
- een geschikt meetbereik hebben.
- de krachtmeter van tevoren op nul stellen.
- de krachtmeter niet bewegen.
- de krachtmeter aflezen met je oog op dezelfde hoogte als de aanwijsstreep.
> Hoe teken je een grafiek van metingen?
- Zet langs de horizontale as ‘kracht’ met tussen haakjes de eenheid.
- Zet langs de verticale as ‘uitrekking’ met tussen haakjes de eenheid.
- Maak een passende stapgrootte.
- Zet van elke meting een kruisje op het juiste coördinaat in de grafiek.
- Trek een vloeiende lijn of kromme door zo veel mogelijk kruisjes. De lijn hoeft niet door alle kruisjes te gaan; kruisjes die naast de lijn liggen wijzen vaak op een onnauwkeurige meting.
- Als de kruisjes in een rechte lijn staan gebruik je een geodriehoek of liniaal.
> Rekt een veer gelijkmatig uit?
Een veer rekt gelijkmatig uit. De kracht per centimeter uitrekking is de veerconstante. Je rekent de veerconstante uit met de volgende formule: veerconstante = kracht in newton : uitrekking in cm of C = F : u. De eenheid is newton per centimeter (N/cm).
8.3 Evenwicht
> Wanneer zijn twee krachten in evenwicht?
Twee krachten zijn in evenwicht als:
- ze even groot zijn.
- tegengesteld gericht zijn.
- op hetzelfde voorwerp werken.
> Waar ligt het zwaartepunt?
Je kunt een voorwerp balanceren als het steunvlak onder het zwaartepunt ligt. Je vindt het zwaartepunt van een onregelmatig voorwerp door het eerst aan punt A te hangen, vanaf daar een lijn recht naar beneden te trekken en hetzelfde doen met punt B. Waar de lijnen elkaar kruisen ligt het zwaartepunt.
> Wanneer is een voorwerp in evenwicht?
Als het zwaartepunt boven het steunvlak is, blijft het staan. Komt het daarbuiten, dan valt het om.
> Welke soorten evenwicht zijn er?
Bij een stabiel evenwicht kan je na een kleine balansverstoring weer in evenwicht komen. Het zwaartepunt ligt laag en gaat bij de verstoring omhoog.
Bij een labiel evenwicht kan een kleine balansverstoring leiden tot kantelen. Het zwaartepunt ligt hoog en gaat bij de verstoring omlaag.
Als bij een verstoring het zwaartepunt niet omhoog of omlaag gaat, is er sprake van een indifferent evenwicht.
8.4 Hefbomen en katrollen
> Waaraan herken je een hefboom?
Een hefboom heeft een draaipunt. Bij een hefboom kan iets lichts iets veel zwaarders optillen als 1. het lichte ver van het draaipunt is en 2. het zware dichtbij het draaipunt is. De afstand van de kracht tot het draaipunt heet de arm van de kracht. Een kleine kracht met een grote arm heeft hetzelfde effect als een grote kracht met een kleine arm. Veel gereedschappen zijn hefbomen, om ervoor te zorgen dat je weinig kracht hoeft te zetten om een grotere kracht te genereren.
> Wanneer is een hefboom in evenwicht?
Er is een formule om te berekenen of een hefboom in evenwicht is: de hefboomregel.
krachtL x armL = krachtR x armR of FL x rL = FR x rR
> Hoe reken je met de hefboomregel?
[Voorbeeld] Je hebt links van het draaipunt op 2 centimeter afstand een gewicht van 2N en rechts van het draaipunt op 4 centimeter afstand een gewicht van 1N.
2 x 2 = 1 x 4 dus de hefboom is in evenwicht.
[Voorbeeld] Je hebt links van het draaipunt op 3 centimeter afstand een gewicht van 5N en rechts van het draaipunt op 7 centimeter afstand een gewicht van 2N.
5 x 3 ≠ 2 x 7 dus de hefboom is niet in evenwicht.
Als de hefboom niet in evenwicht is gaat de hefboom draaien aan de kant waar kracht x arm het grootst is.
> Welk voordeel hebben katrollen?
Met een vaste katrol kan je de richting van een kracht veranderen. In plaats van iets omhoog te trekken, kan je een touw dat om de katrol heen zit naar beneden trekken. Op deze manier kan je (over het algemeen) meer kracht zetten dan als je omhoog moet trekken.
Bij een losse katrol verdeel je de kracht over twee touwen. Zo halveer je de kracht die je moet gebruiken. Wel is het handig om een losse katrol in combinatie met een vaste katrol te gebruiken. Die combinatie heet een takel.
[Voorbeeld] Je moet een steen met een massa van 25 kg 4 meter omhoog tillen. Je gebruikt een takel. De massa van de losse katrol is 2 kg. De totale zwaartekracht van de steen en de losse katrol is 27 x 10 = 270 N. Vanwege de losse katrol heb je maar de helft van deze kracht nodig. 270 : 2 = 135 N. De steen moet 4 m omhoog maar omdat je twee touwen hebt moet je het dubbele innemen: 4 x 2 = 8 meter touw moet je dus innemen.
Bij een takel met een losse katrol hoef je dus maar de helft van de kracht te gebruiken, maar heb je wel dubbel zoveel touw nodig.
Let op! Het is niet altijd beter een takel te gebruiken. Als je gewicht zo klein is dat de losse katrol zwaarder is, is het beter alleen een vaste katrol te gebruiken.
8.5 Druk
> Wat is druk?
Druk is het aantal newton op 1 m2 (N/m2). Dit druk je uit in pascal (Pa); 1 pascal is evenveel als 1 N/m2. De formule voor druk is als volgt:
druk = kracht / oppervlakte of p = F / A
Soms is het handiger druk aan te geven in N/cm2. 1 m2 is hetzelfde als 10000 cm2, dus als op elke cm2 een kracht van 1 N werkt, werkt op een m2 een kracht van 10000 N. 1 N/cm2 is dus hetzelfde als 10000 N/m2 oftewel 10000 Pa.
> Hoeveel druk geven water en lucht?
Iedere meter dat je dieper onder water komt geeft 10000 Pa extra druk. Op zeeniveau is er een druk van ongeveer 100000 Pa, oftewel 10 N/cm2. De luchtdruk geef je meestal weer in bar of mbar. 1 bar = 100000 Pa, dus is de druk op zeeniveau ongeveer 1 bar.
REACTIES
1 seconde geleden