Hoofdstuk 7

Natuurkunde samenvatting hoofdstuk 7 Krachten


7.2

Als iets of iemand zich voortbeweegt dan ontstaat er wrijving. Er is dan een kracht die de beweging van het bewegende voorwerp tegenwerkt, dan noem je wrijvingskracht (Fw). De grootte van de wrijvingskracht hangt af van verschillende dingen zoals de massa van het voorwerp, de ruwheid van het oppervlak, de wind en of het rolwrijving of schuifwrijving is.


Schruifwrijving

Als een voorwerp schuift noem je dat schuifwrijving. Om zo min mogelijke wrijving te hebben moet de grond heel glad zijn, denk maar aan ijs daar glijdt alles veel beter op dan op gewoon asfalt. Bij een zwaar voorwerp is de schuifwrijving groter als bij een licht voorwerp.


Rolwrijving

Als een voorwerp over een oppervlak rolt noem je dat rolwrijving. Bij rolwrijving is veel minder wrijving als bij schuifwrijving omdat bij rolwrijving steeds een ander stukje van het voorwerp de grond raakt. Er treedt wrijving op omdat de band de grond raakt en daarom een beetje vervormt. Bij een hogere snelheid zal dat niet veel anders zijn, dus de rolwrijving hangt niet van de snelheid af.


Luchtweerstand

Tegenwerking door lucht noem je luchtweerstand. Doordat je door de lucht rijdt, vliegt, loopt enz heb je ook weerstand door de lucht. Hoe harder je fiets hoe harder je moet trappen omdat de luchtweerstand ook groter wordt. Ook als je dik bent zul je veel harder moeten trappen op de fiets omdat de luchtweerstand groter is. daarom wordt de luchtweerstand sterk beinvloed door de vorm van een voorwerp. De combinatie van vorm en oppervlak is van belang. Dus de luchtweerstand wordt beïnvloed door de snelheid.


Voorwerpen met een grote massa veranderen moeilijker van snelheid dan voorwerpen met een kleine massa(denk maar aan een voetbal en een bowlingbal). Hoe groter de massa hoe groter de traagheid.

Maar andersom is het precies het zelfde een zwaar voorwerp komt heel moeilijk in beweging en een licht voorwerp makkelijk(denk maar aan een pingpong balletje en een bowlingbal).

Dus een voorwerp dat stilstaat is niet zomaar in beweging te krijgen, daar is een resulterende kracht voor nodig(kracht om vooruit/stoppen te komen zonder die kracht kom je niet vooruit en kun je niet stoppen). Een voorwerp dat in beweging is komt niet zomaar tot stilstand, ook daar is weer die resulterende kracht voor nodig. Hoe groter de massa hoe moeilijker de beweging te beïnvloeden. Het voorwerp heeft dan een grootte traagheid.

Als je eenmaal aan het fietsen bent een je hebt een resulterende kracht van 0 N dan blijf je in die constante snelheid fietsen. De totale wrijvingskracht en de spierkracht zijn dan gelijk aan elkaar. Er kan ineens ook meer wind komen dan zul je harder moeten fietsen maar de resulterende kracht kan wel 0 N blijven dan moet je gewoon harder trappen als je in dezelfde snelheid wilt doorfietsen. Om van 35 km/h naar 50 km/h te gaan is een resulterende kracht nodig en dat kost energie. Conclusie als er geen resulterende kracht op een voorwerp werkt, beweegt het met een constante snelheid verder of het staat stil. Om de snelheid te veranderen is er een resulterende kracht nodig.


7.3

Als je renner bent dan is de reactietijd heel belangrijk en vooral op korte afstanden, want hoe sneller je reageert hoe sneller je van start bent. De tijd die je nodig hebt om te realiseren wat er gebeurd en je spieren op gang laten komen heet de reactietijd. Je kunt die verbeteren door dextro, kop koffie, cola of een red-bull te nemen. Alcohol vertraagt je reactietijd en daarom mag je dan ook niet deelnemen aan het verkeer. Als je reactietijd kleiner is wordt de afstand die je dan nog aflegt dus ook kleiner, de remweg is dan korter. De remweg is dus de weg die wordt afgelegd tijdens het remmen. Als je minder kracht zet tijdens het remmen op de pedalen heb je dus een langere remweg nodig, dus duurt het langer voordat je stilstaat.

Hoe groter je snelheid hoe groter de remweg want als jij 20 km/h rijdt kom je sneller tot stilstand dan als je 120 km/h rijdt. Maar de snelheid en de remweg is geen recht evenredig verband als de snelheid 2 keer zo groot wordt wordt de remweg meer dan 2 keer zo groot. Als je reageert ben je nog niet aan het stoppen de afstand die je tijdens het reageren aflegt noem je de reactieafstand. De totale afstand die een auto nodig heeft om tot stilstand te komen noem je de stopafstand. Dus de stopafstand = reactieafstand + remweg


Vb. je fiets met een snelheid van 15 km/h je ziet ineens een bordje staan pas op wegwerkzaamheden remweg 4,5 m je reactietijd is 2,7 seconde wat is de stopafstand?

15 km/h - : 3,6 = 4,2 m/s

je doet er 2,7 seconde over om het je te realiseren s = v x t s = 4,2 x 2,7 = 11,34 m schiet je nog door

je remweg is 4,5 stofafstand = 11,34 + 4,5 = 15,84 m


Het hellingsgetal in een grafiek geeft de snelheid in een afstand(s), tijd(t) diagram. Als de snelheid toeneemt noem je dat een versnelde beweging. Als de toename van de snelheid gelijkmatig is noem je dat een eenparige versnelde beweging. Op een gegeven moment kun je gewoon niet meer sneller, dan wordt de topsnelheid bereikt. De snelheid blijft dan constant en de loper voert een eenparige beweging uit.


Je kunt op 2 manieren de afstand aflezen van een snelheid(v), tijd(t) grafiek:


1. door s = v x t

met v in m/s of (x3,6) km/h

met t in s of uren

vb. je rijdt 5 m/s en dat gaat 7 seconde door welke afstand heb je afgelegd?

S = v x t

S = 5 x 7 = 35 m na 7 seconde






2. door de oppervlakte onder de grafiek af te lezen

vb. 0,5 x l x h

l = 7

h= 5

s = 0,5 x 7 x 5 = 17,5 m



S

n 5

e

l 4

h

e 3

i

d 2

(m/s)

1


0 1 2 3 4 5 6 7

tijd(s) -


de formule v = s : t kun je natuurlijk op verschillende manieren gebruiken

vb. hoelang doe je over 85 m met een constante snelheid van 95 km/h?

eerst km/h naar m/s 95 : 3,6 = 26,39

v = s : t 2 = 6 : 3 je moet t weten dus 3 3= 6 : 2

t = s : v

t = 85 : 26,39 = 3,22 sec. doe je dus over een afstand van 85 m met een snelheid van 95km/h


7.4

Als je je topsnelheid hebt bereikt moet je op een gegeven moment natuurlijk ook weer vertragen. Als de afname van de snelheid gelijkmatig is, noemen we dit een eenparig vertraagde beweging.


Vb.

Reken op een manier de afstand van de grafiek hieronder uit en met een berekening kun je het controleren doe dat!


1. eerst de afstand, dat doe je door de oppervlakte onder de grafiek af te lezen

0,5 x l x h(vlak 1) +(l x h vlak 2)

0,5 x 3,4 x 3,5 + (3,4 x 7) = 29,75 m

2. controle door t uit te rekenen met

t = s / v

s= 29,75

gemiddelde snelheid is (10,5+7):2= 8,75 m/s

t = 29,75 : 8,75 = 3,4 seconde

als je het nakijkt in de grafiek klopt dat precies over

30 m doet hij 3,4 seconde met een gemiddelde snelheid

van 8,75 m/s


dus je spreekt van een eenparige beweging als je snelheidsafname gelijkmatig zoals hier


7.5

wil je je kracht vergroten dan kun je daarvoor een hefboom gebruiken. Een hefboom is een middel om je spierkracht te vergroten. Een hefboom heeft altijd één punt waar het omheen draait dat noem je het draaipunt.

De hefboomwet luidt:

Kracht (rechts) x afstand (rechts) = kracht (links) x afstand (links)

In symbolen:

Fr x Rr = Fl x Rl


Vb. Judith gaat met haar moeder naar de speeltuin ze gaan samen op de wip. De wip is 4 m lang en Judith zit aan de linkerkant met achter haar nog 0.4 m wip. Judith weegt 50 kg en Annet weegt er 65 kg. Waar moet Annet gaan zitten om in evenwicht te komen?

Fr x Rr = Fl x Rl

Fr = 65 kg = 650 N

Rr = ?

Fl = 50 kg = 500 N

Rl = 2 m – 0,4 = 1,6 m

650 x Rr = 500 x 1,6

650Rr = 800  : 650

Rr = 1,23 m

Dus Annet moet op 1,23 m gaan zitten wil je wip in evenwicht zijn


7.6

Als je ineens plotseling moet remmen is er een zeer kleine remweg. Gordels en hoofdsteunen zitten niets voor niets in een auto, ze zijn er voor de veiligheid.


Hoofdsteun.

Als je een botsing van achter krijgt wordt je naar voren geschoten eerst gaat je hoofd dan naar achter en doordat er een rugleuning in de stoel zit is je hoofd niet gecompenseerd met je lichaam. Dat kan dan een hoofdsteun opvangen.


Gordels

Als jij een auto van voor raakt dan wordt je naar voor geduwd. Als er dan geen gordels waren dan werkte er geen kracht op jouw en kwam je tegen de voorruit of tegen het stuur aan. Een autogordel beschermt je op 3 manieren:

- een autogordel verdeelt de remkracht over je hele borstkas.(dan kan het beste als de gordel breed is, want dan wordt de kracht verdeelt over een groter oppervlakte.)

- de gordel geeft de bestuurder wat ruimte, zodat de remweg(hoe ver je naar voren schiet) en de remtijd wat langer worden.

- de gordel beschemt voor het doorschieten tegen de voorruit of het stuur.

Een gordel rekt dus iets uit maar blokkeert ook iets.


Airbag

In de tegenwoordige personenauto’s zit een airbag(luchtzak). Een airbag wordt binnen 0,001 seconde opgeblazen en als je dan naar voren schiet kom je i.p.v tegen het stuur tegen de luchtzak aan. Een airbag gaat naar een tijdje weer leeg omdat hij je anders kan laten stikken.


Helm

Een helm verdeelt de kracht gelijkmatig over het hoofd, zodat de kracht op elk deel van het hoofd kleiner wordt.


Kreukelzone en kooiconstructie

Als je botst tegen iets dan wordt tegenwoordig een auto zo gebouwd dat het voorste van een auto indeukt(kreukelzone) zodat je een langere remweg hebt en dus een langere remtijd. De optredende krachten zijn dan dus kleiner. Een voordeel is dus dat de krachten gelijkmatig worden verdeeld over de kooiconstructie. Door een kreukelzone blijft het passagiersgedeelte van de auto ook beter heel.


Kleding

In de sport is vaak beschermende kleding of voorwerpen nodig. Zoals bij de formule-1 zandbakken en autobanden langs de weg of bij schaatsen, kussens langs de baan. Ook zijn er beschermde kleding zoals honkbalhandschoenen, helmen, scheenbeschermers, borstbeschermers en tandbeschermers.