Natuurkunde
Hoofdstuk 3
Paragraaf 5
Kracht, arbeid en verplaatsing.
Bij het uitoefenen van kracht lever je pas een prestatie, als er ook verplaatsing is. Een wielrenner oefent kracht op de pedalen uit en verplaatst ze daarbij ook. Als hij een etappe in de Tour de France rijdt, zal hij flink moeten eten om die prestatie te kunnen leveren.
De formule hiervoor is W = F*s
De eenheid van arbeid volgt uit de vermenigvuldiging van de eenheid van kracht met die van verplaatsing: N*m.
Een kracht die een voorwerp over een bepaalde afstand verplaatst, verricht arbeid.
Totale arbeid
Als je met z’n tweeën een auto duwt, oefen je allebei een kracht uit op de auto. De totale arbeid kun je berekenen door de arbeid van de krachten op te tellen. Daarbij kun je gewoon de getallen optellen: arbeid is namelijk een scalaire grootheid. Het is geen vector, want arbeid heeft geen richting. De formule is: Wtot = W1 + W2 + … = F1*s1 + F2*s2 + …
Bij de berekening van de totale arbeid kun je ook eerst de resulterende kracht uitrekenen. De totale arbeid is gelijk aan de arbeid die de resulterende kracht verricht. De formule is: Wtot = Fres*s
Negatieve en positieve arbeid
Krachten werken vaak tegen de verplaatsing in. Een voorbeeld is de weerstandskracht, die altijd tegen de bewegingsrichting in werkt. Ook als je een bal omhoog gooit, werkt de zwaartekracht tegen de bewegingsrichting in. Een tegenwerkende kracht laat de snelheid afnemen. Bij een meewerkende kracht wint een voorwerp juist aan snelheid. Bij positieve arbeid neemt de snelheid toe en bij negatieve arbeid neemt de snelheid af. Als over een traject de totale arbeid nul is, is de snelheid voor en na dat traject gelijk. W = -F*s
De richting van kracht en verplaatsing
In figuur 3.35 in je boek zie je iemand die een slee over 10 m voorttrekt met een spierkracht van 9,5 N. De arbeid die de spierkracht verricht, is niet gelijk aan 10*9,5 = 95Nm, omdat Fspier en s een hoek met elkaar maken. Je moet nu de componenten van de spierkracht in de richting van de verplaatsing hebben: 8,2 N. (de krachten ontbinden). Wspier = Fspier//(parallel)*s.
In figuur 3.36 doe je hetzelfde, alleen dan andersom. Je maakt van twee afstanden één afstand.
Als een kracht loodrecht op de verplaatsing staat, heeft die kracht geen component in de richting van de verplaatsing. De kracht verricht dan geen arbeid.
Veranderlijke kracht
De arbeid die een kracht verricht, kun je bepalen uit een (F,s)-diagram. De oppervlakte onder de grafiek stelt de arbeid W voor, ook bij niet-constante kracht.
Handig met kracht
Bij een vaste hoeveelheid arbeid zijn de kracht F en de verplaatsing s omgekeerd evenredig met elkaar. Als de een n keer zo groot wordt, wordt de ander n keer zo klein. Bij een takel met één vaste en één losse katrol is een twee keer zo kleine kracht nodig en is de verplaatsing twee keer zo groot.
REACTIES
1 seconde geleden