"Een object in beweging is geneigd langs een rechte lijn in beweging te blijven tenzij er een kracht van buiten op werkt." -Isaac Newton

Tijdens het leren over fysica wordt er aandacht besteed aan energie en kracht. De wetten van de zwaartekracht, de elasticiteit, hefbomen en tandwielen, beweging en druk in vloeistoffen zijn allemaal concepten die te maken hebben met krachten.

Superprof geeft hier uitleg over de verschillende onderwerpen. Ben je klaar om een wetenschappelijke uitleg te horen?

De beste leraren Natuurkunde beschikbaar
Wassim
5
5 (2 reviews)
Wassim
18€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Tim
Tim
18€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Shiblu
5
5 (6 reviews)
Shiblu
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Barbara
5
5 (3 reviews)
Barbara
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Elise
5
5 (5 reviews)
Elise
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Lisa
5
5 (4 reviews)
Lisa
15€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Jonas
Jonas
30€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Maxim
4,7
4,7 (3 reviews)
Maxim
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Wassim
5
5 (2 reviews)
Wassim
18€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Tim
Tim
18€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Shiblu
5
5 (6 reviews)
Shiblu
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Barbara
5
5 (3 reviews)
Barbara
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Elise
5
5 (5 reviews)
Elise
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Lisa
5
5 (4 reviews)
Lisa
15€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Jonas
Jonas
30€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Maxim
4,7
4,7 (3 reviews)
Maxim
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Let's go

Scalaire en Vector Grootheden

Scalaire Eenheden

Scalaire eenheden hebben slechts een grootheid of maat. Hier zijn enkele voorbeelden:

    • temperatuur: gemeten in Celsius
    • massa: gemeten in kilogrammen
    • energie: in joules gemeten
    • afstand: vaak aangegeven in meter of kilometer
    • snelheid: bepaald in kilometer per uur km/h of meter per seconde (m/s).
    • densiteit: meestal aangeduid in kilogram per meter3 (kg/m3), kan echter ook in gram per centimeter3 (g/cm3)

De som van een zekere scalaire hoeveelheid kan bepaald worden door deze bij elkaar op te tellen.

Vector Grootheden

Vector grootten zijn wat ingewikkelder dan scalaire grootheden. Dat komt vanwege het feit dat ze zowel een grootte als een bijbehorende richting hebben. Een aantal van de meest gangbare kenmerken van vector grootheden zijn:

  • kracht: bepaald door newtons naar links aan te geven
  • verplaatsing: berekend door metingen of afstanden zoals kilometers oostwaarts
  • snelheid: aangegeven in meters in omhooggaande richting
  • versnelling: meter per seconde in het kwadraat naar beneden gericht
  • impuls: kilogram meter per seconde als voorbeeld

De richting van een vector wordt altijd beschreven of getekend als een pijl.

Resulterende krachten of twee krachten die samenwerken kunnen gemakkelijk berekend worden als ze in dezelfde richting gaan. Als ze in tegengestelde richting gaan kun je de grootte van de kleiner kracht aftrekken van de grotere kracht.

Contactkracht en Kracht op Afstand

Krachten verzaken alle contact tussen deeltjes en objecten. Ze kunnen opgedeeld worden in contactkrachten en krachten-op-afstand.

Contactkrachten

Dit zijn de krachten die op twee objecten werken die elkaar fysiek aanraken. Er zijn vier verschillende soorten contactkrachten:

  • reactiekracht; is het geval als een object op een vlak in rust is
  • spanning: gebeurt als een object wordt uitgerekt
  • wrijving: als twee objecten langs elkaar schuiven en wrijvingskrachten opwekken
  • luchtweerstand: treedt op als een object door de lucht beweegt

Kracht op Afstand

Dit zijn krachten die optreden tussen twee objecten die elkaar fysiek niet aanraken. Voorbeelden zijn:

  • magnetische kracht: vindt plaats op een ijzerhoudend object in een magneetveld
  • elektrostatische kracht: werkt op een geladen deeltje in een elektrisch veld
  • zwaartekracht: werkt op ieder object in een zwaartekrachtveld

Zwaartekracht

zwevende ruimtevaarders in het ISS
Astronauten kunnen gewichtloosheid ervaren terwijl ze het zwaartkrachtveld van de aarde omcirkelen | bron: Pxhere

De zwaartekracht is een van de belangrijkste krachten in het helaal. Alle objecten met een massa wekken een zwaartekrachtveld op. Hoe meer massa een object heeft, des te groter is het zwaartekrachtveld.

Zwaartekracht (g) wordt in newton per kilogram gemeten (N/kg).

Het zwaartekrachtveld van de aarde is 9,8 N/kg. Dat betekent dat een object voor iedere kilogram massa 9,8N kracht zal ervaren. Daar waar er een zwakkere zwaartekrachtveld is zal het gewicht van het object kleiner zijn dan wanneer het zwaartekrachtveld sterker zou zijn.

Gewichtloosheid kan door astronauten op het ISS worden ervaren ook al zijn ze nog in het zwaartekrachtveld van de aarde. Dat komt omdat zowel zij als het ruimtevaartstation voortdurend naar de aarde vallen.

Gewicht (W) in newton wordt berekend met een formule waarin massa (m) in kilograms (kg) en het zwaartekracht (g) in newtons per kilogram wordt uitgedrukt. De formule ziet er als volgt uit:

gewicht = massa × zwaartekracht  of  W = m × g

Verricht Werk

Werk wordt verricht wanneer energie van de ene opslag naar de andere wordt overgebracht en wanneer een kracht een object laat bewegen. Werk kan met de volgende formule worden berekend:

werk verricht = kracht  ×  weg  of  W = F × s

Het verrichte werk (W) wordt in newtonmeter of joules (J) gemeten. De kracht (F) wordt in newton (N) gemeten en de afstand langs de lijn van de kracht wordt in meter (m) gemeten.

Krachten Diagram

Een krachten diagram geeft de krachten weer die op een object werken. Het object wordt in het diagram aangegeven door een vierkant of een punt en de krachten als pijlen die van het vierkant of de punt weg wijzen.

Dergelijke diagrammen kunnen voor allerlei krachtsituaties worden gebruikt zoals bijvoorbeeld gewicht van en kracht op een rustend object, kracht op een object dat langs een helling omlaag beweegt of krachten op een versnellende speedboat.

Dit zijn maar enkele voorbeelden die gebruikt kunnen worden om gewicht, opwaartse kracht, stuwkracht, luchtweerstand, weerstand en reactiekrachten te bepalen.

Samengevoegde Krachten

Twee krachten kunnen bij elkaar opgeteld worden tot een resulterende kracht. Een enkele kracht kan gesplitst worden in twee kracht componenten die loodrecht op elkaar staan.

Dit vindt plaats met vectordiagrammen. Tijdens de studie leert men hoe deze te tekenen.

eenvoudige vectordiagram
Met vectordiagrammen kunnen krachten die niet in dezelfde richting werken bij elkaar opgeteld worden | bron: bdesham op Wikimedia Commons

Krachten en Veerkracht

Door krachten kunnen voorwerpen van vorm veranderd worden. Als er verschillende krachten tegelijkertijd werkzaam zijn kan de hele vorm van een object gewijzigd worden.

Deze vormwijziging kan plaatsvinden door buigen, rekken of comprimeren of zelfs een combinatie van alle drie. Een vorm wijziging heet een vervorming. Er zijn twee soorten vervorming:

  • als een object een elastische vervorming ondergaat keert het bij het verwijderen van de kracht terug tot de oorspronkelijke vorm.
  • als bij een niet-elastische vervorming de kracht verwijderd wordt keert het object niet terug tot zijn oorspronkelijke vorm. Permanente schade kan worden waargenomen.
  • Magnetische krachten

Wet van Hooke

Uitrekking treedt op als een object in lengte toeneemt. Compressie of samendrukking vindt plaats als de lengte afneemt. De uitrekking van een elastisch object kan worden beschreven met behulp van de vergelijking van de Wet van Hooke:

kracht = veerconstante × uitrekking  of  F = K × e

In deze formule wordt kracht (F) gemeten in newton (N), veerconstante (K) berekend in newton per meter (N/m) en de uitrekking (e) wordt in meter (m) aangegeven.

Het is belangrijk om op te merken dat er een punt is waar de Wet van Hooke niet meer opgaat. Dit wordt aangegeven als de proportionaliteitsgrens. Gaat men hier overheen dan zal het voorwerp niet meer terugkeren tot zijn oorspronkelijke vorm.

Kracht-verplaatsings diagrammen zijn erg nuttig voor studenten die visueel leren omdat ze de kracht (N), de uitrekking (m) en de proportionaliteitsgrens kunnen waarnemen.

Tijdens het leren van het onderwerp krachten wordt ook ingegaan op de potentiële energie die in een veer is opgeslagen. Soms worden ook proeven uitgevoerd om te de samenhang tussen een kracht en de uitrekking van een veer te onderzoeken.

De beste leraren Natuurkunde beschikbaar
Wassim
5
5 (2 reviews)
Wassim
18€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Tim
Tim
18€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Shiblu
5
5 (6 reviews)
Shiblu
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Barbara
5
5 (3 reviews)
Barbara
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Elise
5
5 (5 reviews)
Elise
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Lisa
5
5 (4 reviews)
Lisa
15€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Jonas
Jonas
30€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Maxim
4,7
4,7 (3 reviews)
Maxim
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Wassim
5
5 (2 reviews)
Wassim
18€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Tim
Tim
18€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Shiblu
5
5 (6 reviews)
Shiblu
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Barbara
5
5 (3 reviews)
Barbara
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Elise
5
5 (5 reviews)
Elise
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Lisa
5
5 (4 reviews)
Lisa
15€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Jonas
Jonas
30€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Maxim
4,7
4,7 (3 reviews)
Maxim
20€
/u
Gift icon
1e les gratis!
Let's go

Momenten, Hefbomen en Tandwielen

in elkaar grijpende tandwielen
Tandwielen hebben een getande rand die om een as draait. | bron: Piqsels

Draaikrachten  kunnen in alledaagse situaties gevonden worden. Ze zijn nodig om een machine correct te laten functioneren.

Moment

Een moment is het draai-effect van een kracht. Momenten vinden linksom of rechtsom plaats. De grootte van een moment kan als volgt worden berekend:

moment van een kracht  =  kracht × afstand tot het draaipunt  of   M = F × d

Hefbomen

Hefbomen bestaan uit drie basisonderdelen: een draaipunt, een duwkracht en een last. Afhankelijk van de opstelling van de hefboom kunnen er veel voorbeelden worden aangewezen zoals een wip, een breekijzer, een schaar, een kruiwagen en een keuken tang.

Een eenvoudige hefboom kan zo simpel zijn als een stuk hout dat over een draaipunt wordt gelegd. Hefbomen maken gebruik van momenten om de krachten te vergroten. Ze maken het mogelijk om grote voorwerpen te verplaatsen. Hoe langer de hefboom des te groter de kracht op de last zal zijn.

Tandwielen

Tandwielen zijn wielen met getande randen die op een as roteren. De tanden van verschillende tandwielen moeten precies in elkaar passen. Als een tandwiel draait zal de andere dat ook doen, en het zal tevens in dezelfde richting draaien.

Druk in Vloeistoffen en Gassen

Druk is de kracht per oppervlak. In vloeistoffen en gassen kan de druk met een bijzonder eenvoudige formule worden berekend:

pressure = \frac{force~normal~to~a~surface}{area~of~that~surface}

De druk (p) wordt in pascal (Pa) gemeten, de kracht (F) meet men in newton (N) en het gebied is berekend in vierkante meter. De kracht in vloeistoffen veroorzaakt een kracht die loodrecht op het vlak van het vat staat.

Druk in een Vloeistof

Het is van belang om te weten dat de druk in een vloeistof afhangt van de diepte. De druk neemt bij het dieper gaan toe:

druk = hoogte van het kolom × densiteit van de vloeistof × zwaartekracht

Opwaartse kracht is afhankelijk van het gewicht van een voorwerp en de verplaatsing van het water.

Ontdek meer over astrofysica.

Atmosferische Druk

De atmosfeer is de luchtlaag om de aarde heen. Hoe hoger des te minder dicht de lucht is.

Het gewicht van de kolom luchtmoleculen neemt dus af op grotere hoogten. Daarom dienen vliegcabines op een hogere druk te worden gebracht als men hoger vliegt.

Beweging

tijdopname vanuit een bewegende auto
De versnelling van een auto kan omschreven worden als de hoeveelheid snelheidsverandering per tijdseenheid | bron: PublicDomainPictures op Pixabay

Wanneer beweging in een rechte lijn wordt bekeken dan zijn de volgende aspecten van belang: de afstand (hoe ver een object beweegt), de snelheid (wijziging van plaats per tijdseenheid)

De berekening die hiervoor gebruikt wordt is als volgt:

afgelegde weg = snelheid  × tijd

Snelheid en Versnelling

Snelheid is de beweging van een object in een bepaalde richting. In snelheidsberekeningen wordt verplaatsing gebruikt in plaats van afstand.

Versnelling van een object kan berekend worden met de volgende formule:

formule versnelling is snelheidswijziging gedeeld door bestede tijd

 

 

Versnelling kan gedefinieerd worden als de hoeveelheid snelheidsverandering per tijdseenheid

Krachten, Versnelling en de Wetten van Newton

Wanneer een object valt bereikt het na een bepaalde tijd een eindsnelheid. Dit vindt plaats als de resulterende krachten op het object nul zijn.

Ontdek de elektrische golven in de kernfysica

Er zijn tijdens het vallen drie stadia. Deze moeten geanalyseerd worden om de term eindsnelheid beter te begrijpen.

De drie bewegingswetten van Newton geven het volgende aan:

  • een object blijft in dezelfde staat van beweging tenzij een kracht erop werkt
  • de resulterende kracht is het product van massa en versnelling
  • als twee objecten op elkaar werken voeren ze een gelijke en omgekeerde kracht op elkaar uit

Impuls

Impuls kan worden omschreven als een combinatie van massa en snelheid. Het heeft ook een vector grootte. Dat betekent dat het zowel een grootte als een bijbehorende richting heeft.

Impuls kan berekend worden met de volgende formule:

Impuls = massa x snelheid   or   p = m v

Behoud van Impuls

Een 'gesloten systeem' is iets dat niet door krachten van buiten wordt beïnvloed. Het wordt ook het principe van behoud van impuls genoemd. Dit gaat op bij botsingen en ontploffingen.

Het is belangrijk om belangrijke concepten als kracht en impuls te begrijpen. Als een kracht op een voorwerp werkt kan er een verandering in impuls worden opgemerkt.

Ontdek de verschillende componenten van het atoom.

>

Het platform dat privé leraren en leerlingen met elkaar verbindt

1ste les gratis

Vond je dit artikel leuk? Laat een beoordeling achter!

5,00 (1 beoordeling(en))
Laden...

Joep