Hst. 1 Krachten

Je gaat leren krachten in verschillende situaties aan te wijzen. Een kracht wordt uitgeoefend door iets op iets anders. Een kracht heeft een grootte en een richting en een aangrijpingspunt. Een kracht kan je handig aangeven met een pijl, omdat een pijl ook een grootte, richting en aangrijpingspunt heeft.

Neem als voorbeeld eens een aantal paperclips aan een magneet.

Op de onderste paperclip werkt een aantrekkende kracht van de bovenste paperclip op de onderste paperclip. We kunnen dit magnetische kracht Fm noemen. Om aan te geven dat de kracht wordt uitgeoefend door de bovenste paperclip op de onderste schrijven we Fm van bovenste clip op onderste clip.  Het aangrijpingspunt is het punt waar de bovenste de onderste raakt. De richting is naar boven gericht. De grootte is onbekend.

De volgende oefeningen zijn bedoeld om te oefenen in het aanwijzen en tekenen van krachten. Je ziet ook voorbeelden van de meest voorkomende krachten.

 

Opdracht 1.1

iDevice-pictogram Activiteit

Bekijk de volgende situaties en teken de gevraagde kracht.

 

1.

Teken in de figuur op het werkblad de kracht op de vlam.


iDevice Vraag-pictogram Meerkeuzevraag
Hoe zou je deze kracht kunnen noemen?
  
Windkracht
wind
Zijwaardse kracht

Opdracht 1.2

iDevice-pictogram Activiteit

2.

       

Teken de kracht van het hoofd van de onderste acrobaat op de hand van de bovenste. 


iDevice Vraag-pictogram Meerkeuzevraag
Hoe heet deze kracht?
  
Zwaartekracht
Normaalkracht
Spierkracht

Opdracht 1.3

iDevice-pictogram Activiteit

3.

Krachten kan je meten met een veer met een schaalverdeling, een zogenaamde veerunster. Zie boven. Je hebt ook digitale veerunsters, zie onder.

       

Teken de kracht van de tas op de veerunster.


iDevice Vraag-pictogram Meerkeuzevraag

Hoe zou je deze kracht kunnen noemen?

  
Veerkracht
Normaalkracht
Spankracht

Hoe heet de kracht van de aarde op de tas?
  
Zwaartekracht
Gravitatiekracht

Opdracht 1.4

iDevice-pictogram Activiteit

4.

Teken de kracht van de boogpees op de pijl vlak na het loslaten.


iDevice Vraag-pictogram Meerkeuzevraag
Hoe heet deze kracht?
  
Spankracht
Veerkracht
Normaalkracht

Opdracht 1.5

iDevice-pictogram Activiteit

5.

Bekijk het filmpje en teken in de figuur op de bijlage de kracht van de bat op de bal.

 

 

 

 


iDevice Vraag-pictogram Meerkeuzevraag
Hoe zou je deze kracht kunnen noemen?
  
Normaalkracht
Slagkracht
Spierkracht

Opdracht 1.6

iDevice-pictogram Activiteit

6.

Bekijk het filmpje en teken op het werkblad de kracht op de duiker.

 

 

 


iDevice Vraag-pictogram Meerkeuzevraag
Hoe zou je deze kracht kunnen noemen?
  
Waterkracht
Voortsleepkracht
Stroomkracht

Opdracht 1.7

iDevice-pictogram Activiteit

7.

Bekijk het volgende filmpje en teken de kracht op de draaiende liniaal.

 

 

Deze kracht wordt Coulombkracht of elektrostatische kracht genoemd.


Opdracht 1.8

iDevice-pictogram Activiteit

8.

 

Teken de kracht van het touw op de soldaat. 


iDevice Vraag-pictogram Meerkeuzevraag
Hoe heet deze kracht?
  
Zwaartekracht
Spankracht
Normaalkracht

Opdracht 1.9

iDevice-pictogram Activiteit

9.

Teken de kracht van de arm op de riem van de veerunster.


iDevice Vraag-pictogram Meerkeuzevraag
Hoe heet deze kracht?
  
Veerkracht
Spankracht
Spierkracht

Opdracht 1.10

iDevice-pictogram Activiteit

10.

Teken op de bijlage de tegenwerkende kracht op de voorste fietser. 

 

 


iDevice Vraag-pictogram Meerkeuzevraag
Hoe wordt deze kracht genoemd?
  
Windkracht
Wrijvingskracht
Luchtwrijving

Tekenafspraken

We maken voor deze e-klas de volgende tekenafspraken voor het tekenen van krachten.

Kracht meten

In de onderbouw leerde je dat je kracht kunt meten met een krachtmeter. Een ander woord voor krachtmeter is veerunster. Je maakt dan gebruik van het feit dat een veer verder uitrekt als er een grotere kracht op wordt uitgeoefend. Voor veel veren is het verband tussen uitrekking en uitgeoefende kracht recht evenredig. De evenredigheidsconstante wordt dan veerconstante genoemd.

Er bestaan veel verschillende veerunsters.

iDevice-pictogram Invuloefening
Vul in
Als je een grote kracht wilt meten heb je een stugge/slappe veer nodig.  Een stugge veer heeft een grote/kleine veerconstante.
  

iDevice-pictogram Activiteit

Bepaal de veerconstante van de veer uit het volgende filmpje.

[http://www.youtube.com/watch?v=xqANn3sYv18]

 

 

 


Krachtwetten

Van alle krachten is uitgezocht hoe ze afhangen van andere grootheden. Zo hangt bijvoorbeeld luchtwrijvingskracht af van het frontale oppervlak wat tegen de lucht botst, de stroomlijn, de dichtheid van de lucht en de snelheid. Zo'n verband is vaak weer te geven in een formule. Een krachtwet is een formule waarin een kracht wordt uitgedrukt in andere grootheden. Er bestaan krachtwetten voor magnetische kracht, elektrostatische kracht, gravitatiekracht, zwaartekracht, veerkracht, luchtwrijvingskracht etc.

De volgende krachtwetten worden in deze module veel gebruikt en moet je kennen:

  • Veerkracht: Fv = -C·u met C de veerconstante in N/m (dit is een materiaaleigenschap van de veer en geeft aan hoe stug de veer is) en u de uitwijking uit de evenwichtsstand in m.
  • Zwaartekracht: Fz = m·g met m de massa in kg en g de valversnelling in m/s2 (deze hangt af van de afstand tot het middelpunt van de aarde en is in Nederland op het aardoppervlak 9,81 m/s2).
  • Luchtwrijvingskracht: Fw,l = ½ cw·A·ρ·v2 met cw de luchtwrijvingscoëfficiënt zonder eenheid, A het frontale oppervlak in m2, ρ de luchtdichtheid in kg/m3 en v de snelheid in m/s.
iDevice-pictogram Invuloefening

Oefen met de genoemde krachtwetten door op een kladblaadje de volgende opgaven te maken en de antwoorden hieronder in te vullen:

1. Bereken de zwaartekracht op een gewichtje van 50 g. Antwoord: =

  

iDevice-pictogram Invuloefening
2. Bereken de veerconstante van een veer die 5,1 cm uitrekt als je er met een kracht van 20 N aan trekt. Antwoord: =

3. Bereken de snelheid van een fietser met een frontaal oppervlak van 0,7 m2 en een cw waarde van 0,9 wanneer hij in lucht met een temperatuur van 0o C fietst en een luchtwrijvingskracht van 25 N ondervindt. Antwoord: =

 

Een uitwerking van deze sommetjes vind je hier. [Hoe doe ik dat?]

  

iDevice-pictogram Uitwerking
Een uitwerking van deze sommetjes vind je door hieronder te klikken.

Gravitatiekracht

Een hele beroemde krachtwet is de volgende:

Deze wet is opgesteld door Isaac Newton en geeft de aantrekkende kracht tussen twee massa's m1 en m2 aan. M1 kan bijvoorbeeld de massa van de zon zijn en m2 de massa van de aarde. Deze formule geeft dan de kracht waarmee de zon aan de aarde trekt (en waarmee de aarde aan de zon trekt, zie onderdeel ...). Deze kracht veroorzaakt de baan van de aarde rondom de zon. Het mooie van deze krachtwet (en het briljante van Newton) is dat deze wet opgaat voor alles met massa. Alles wat massa heeft, trekt aan alles wat massa heeft en deze wet zegt je precies hoe hard er getrokken wordt.

In deze krachtwet vind je ook nog een ‘r'. Dit is de afstand tussen de zwaartepunten van de twee massa's m1 en m2. G is een constante, de gravitatieconstante, met een waarde van 6,67·10-11 N·m2·kg-2 (zie ook Binas tabel 7).

iDevice-pictogram Activiteit

Bekijk de volgende applet en beantwoord daarmee de volgende vragen.

[Van http://phet.colorado.edu/en/simulation/gravity-and-orbits]

 


Meervoudige selectie
Verander de massa van de aarde. Wat gebeurt er met de gravitatiekracht?
Als de massa van de aarde groter wordt, wordt de gravitatiekracht ook groter.
Als de massa van de aarde groter wordt, wordt de gravitatiekracht kleiner.
De richting van de gravitatiekracht verandert niet door het veranderen van de massa van de aarde.



Wat verandert er aan de beweging van de aarde als de massa van de aarde verandert?
Als de massa van de aarde groter wordt, beweegt de aarde in eerste instantie dichter naar de zon toe
Als de massa van de aarde groter wordt, beweegt de aarde in eerste instantie van de zon af
De beweging verandert niet



Wat gebeurt er als je de massa van de zon groter maakt?
De gravitatiekracht wordt groter
De gravitatiekracht verandert van richting
De aarde gaat in eerste instantie dichter naar de zon bewegen
De baan van de aarde krijgt een duidelijk meer elliptische vorm



Reset de applet. Start de applet en maak de massa van de zon wat groter, zodat de aarde een ellipsvormige baan rond de zon heeft. Welke uitspraken zijn waar?
De gravitatiekracht is het grootst als de aarde het dichtst bij de zon is.
De gravitatiekracht verandert voordurend van grootte en richting
De  snelheid van de aarde is het grootst als de afstand aarde - zon het kleinst is.



Verdere oefening met gravitatiekracht

iDevice-pictogram Activiteit

Maak de volgende vragen in je schrift:

1. Hoe zie je aan de formule voor de gravitatiekracht dat het een relatief kleine kracht is?

2. Hoe zie je aan de formule dat als de massa van de zon groter is, dat dan de gravitatiekracht ook groter is?

3. Hoe zie je aan de formule dat als de afstand tussen aarde en zon twee keer zo klein is, dat dan de gravitatiekracht vier keer zo groot is?

4. De kracht waarmee de aarde aan een persoon van 50 kg trekt, is op twee manieren te berekenen: met de formule voor de zwaartekracht en met de formule voor de gravitatiekracht. Er moet natuurlijk hetzelfde uitkomen. Ga dit na.

5. Als je de twee krachtwetten uit vraag 2 vergelijkt, dan kan je laten zien dat g=mG/r2 .

a. Ga dit na.

b. Reken dit na.


iDevice-pictogram Uitwerking
Een uitwerking van deze sommen vind je hier.

Reflectie

iDevice-pictogram Krachten tekenen
Waar moet je zoal aan denken wanneer je een kracht tekent?
iDevice-pictogram Krachten benoemen
Welke soorten krachten heb je geleerd en hoe worden ze afgekort?
iDevice-pictogram Krachten meten
Hoe meet je een kracht?
iDevice-pictogram Krachtwetten
Welke krachtwetten ken je?