Deel 4: Krachten 4.1 De grootheid “kracht” 4.1.1 Soorten krachten We kennen krachten uit het dagelijks leven: vul in welke krachten werkzaam zijn: trekkracht, magneetkracht, spierkracht, veerkracht, waterkracht, windkracht, zwaartekracht, wrijvingskracht, adhesiekracht:
4.1.2 Effect van krachten Krachten kunnen verschillende uitwerkingen hebben. Door de kracht van de motor kan de stilstaande wagen . . . . . . . . . . . . . . . . . Door de kracht op het metalen blikje is het . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Deel 4: Krachten
14
Krachten zijn de oorzaak van: • •
............................................................................. .............................................................................
Oefening : geef een voorbeeld waarbij een kracht: • • •
de snelheid van een voorwerp doet toenemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............................................................................. de snelheid van een voorwerp doet afnemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............................................................................. een voorwerp vervormt: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .............................................................................
4.1.4 Meten van een kracht Je kan veel proeven bedenken om na te gaan wie de sterkste is van de klas. We kunnen echter niet zeggen hoe groot die kracht is. Krachten meten we met een . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dat is een veer met een schaalverdeling.
Het symbool van kracht is . . . . . . . . . . . . . . . . De eenheid van kracht is . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( . . . . .)
Als je een dynamometer uitrekt met een kracht van 1 N merk je dat dit een kleine kracht is: de kracht die je voelt als je een kleine appel op je hand legt. 4.1.3 Voorstelling van een kracht •
Om dit doelpunt te scoren moet de uitgeoefende kracht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . zijn.
•
De speler moet trappen volgens de witte lijn, dit is de .........................
•
Hij moet naar de bovenkant van het doel trappen, dit is de . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
•
De plaats waar hij de bal raakt noemt men het .........................
Op een figuur wordt een kracht vaak voorgesteld door een pijl. Een krachten heeft immers: • • • •
............................................................................. ............................................................................. ............................................................................. .............................................................................
Een grootheid met een lengte, richting, zin en eventueel een aangrijpingspunt is een vectoriële grootheid. Deel 4: Krachten
15
4.2 Zwaartekracht 4.2.1 Het bestaan van de zwaartekracht Geef enkele voorbeelden waaruit je het bestaan van de zwaartekracht kan afleiden: • • • •
............................................................................. ............................................................................. ............................................................................. .............................................................................
De aarde oefent op elk voorwerp een kracht uit : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(. . . . . . . )
4.2.2 Het aangrijpingspunt van de zwaartekracht Het aangrijpingspunt van de zwaartekracht noemt men het . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . van een voorwerp.
Voor regelmatige voorwerpen zoals een kubus of een bol is dat punt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hoe je het zwaartepunt van onregelmatige voorwerpen kan bepalen, leer je later. Het zwaartepunt van het menselijk lichaam ligt ter hoogte van het . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oefening: duid op onderstaande kubus en bol het zwaartepunt aan:
4.2.3 De richting van de zwaartekracht Teken de richting van de zwaartekracht op de 4 aangeduide plaatsen (a, b, c, d):
De richting van de zwaartekracht noemen we . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Deel 4: Krachten
16
Op onderstaande figuren lijken de verticalen evenwijdig te lopen omdat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .......................................................................................
4.2.4 De zin van de zwaartekracht Als we een voorwerp loslaten dan valt het verticaal, naar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dat is naar het middelpunt van de aarde of van het hemellichaam. Dit is . . . . . . . . . . . . . . . . . . van de zwaartekracht.
4.2.4 De grootte van de zwaartekracht Als je een appel heft moet je een GROTERE / KLEINERE kracht uitoefenen dan om een zak appels te tillen. Dit komt omdat de . . . . . . . . . . . . . . . . . . van de zak GROTER / KLEINER is dan van één appel. De grootte van de zwaartekracht op een voorwerp hangt dus af van de . . . . . . . . . . . . . . . van het voorwerp. Leerlingenproef om de grootte van de zwaartekracht te bepalen Werkwijze: meet met een balans de massa van een reeks gewichtjes. Hang achtereenvolgens deze gewichtjes aan een dynamometer en meet telkens de grootte van de zwaartekracht. Metingen en grafiek: zet de waarden van de massa van de gewichtjes en de overeenkomstige zwaartekracht in een tabel. Maak ook een kolom met telkens de zwaartekracht gedeeld door de massa. Maak ook een grafiek van de zwaartekracht (y-as) in functie van de massa (x-as). Maak een verslag met: doel, werkwijze, meettoestellen en hun nauwkeurigheid, de metingen en berekeningen in een tabel, een grafiek en een besluit. Besluit: er is een . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . verband tussen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . en . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . op een voorwerp. De verhouding van . . . . . . . . . . . . . . . . . . en . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . is . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Deel 4: Krachten
17
Deze constante noemen we de gravitatieconstante of de zwaarteveldsterkte (g). Met symbolen:
Opgelet: Massa en zwaartekracht zijn dus twee verschillende grootheden. De massa van een voorwerp wordt uitgedrukt in . . . . . . . . . . . . . . . . . . en is onafhankelijk van de plaats van het voorwerp. De zwaartekracht op dat voorwerp wordt uitgedrukt in . . . . . . . . . . . . . . . . . . en is een gevolg van de aantrekking van de aarde. Ook andere hemellichamen zoals de maan of de planeet jupiter oefenen een aantrekkingskracht uit. Op de maan is voor eenzelfde voorwerp de massa gelijk aan de massa op aarde. De aantrekking van de aarde is echter 6 keer groter dan de maan. Op de aarde wordt op 1 kg een kracht van F = m.gaarde = 1 kg . 9,81 N/kg = 9,81 N uitgeoefend. Op de maan wordt op 1 kg een kracht van F = m.gmaan = 1 kg . 1,7 N/kg = 1,7 N uitgeoefend. Veldsterkte De waarde van g is dus de kracht per kg massa die de aarde op een voorwerp uitoefent. Hoe groter g, hoe groter de aantrekkingskracht op het voorwerp. De grootte van g noemen we de veldsterkte. 4.2.5 Oefeningen a) Bereken de zwaartekracht die de aarde en de maan op jou uitoefenen
b) Op een boekentas wordt een zwaartekracht van 40,0 N uitgeoefend. Bereken de massa van de boekentas en de zwaartekracht die op de boekentas zou uitgeoefend worden op de maan.
4.3 Kracht op een veer 4.3.1 Veerkracht Veren vind je terug in vele voorwerpen: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .......................................................................................
Oefent men op een veer een kracht uit door er aan te trekken, dan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . De kracht die werkt op een veer en waardoor ze vervormt, stellen we voor door . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . De uitrekking van de veer is het verschil tussen de begin- en de eindtoestand: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Deel 4: Krachten
18
4.3.2 De wet van Hooke Als je een kleine kracht uitoefent op een veer, rekt ze WEINIG / VEEL uit. Als je een grotere kracht uitoefent, is de uitrekking KLEINER / GROTER. De uitrekking . . . . . . . . van een veer hangt af van de kracht . . . . . . . . op de veer.
Uit de proef kan men besluiten dat de uitrekking van de veer recht evenredig is met de kracht: . . . . . . . . . . Of: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Deze constante heeft een vaste waarde voor elk soort veer, men noemt ze de . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Formule:
Om een veer met ∆l uit te rekken, moet je er een kracht Fz op uitoefenen. Dit is de wet van Hooke. 4.3.3 Oefening De veer in een kraansysteem wordt 30,0 cm uitgetrokken als men een massa van 450 kg optrekt met de kraan. a) Bereken de veerconstante
b) Hoeveel bedraagt de uitrekking van de veer als men met de kraan 125 kg heft?
c) En hoeveel rekt de veer uit als men een halve ton optrekt?
d) Hoeveel kg moet men aan de kraan hangen om de veer een halve meter te doen uitrekken?
Deel 4: Krachten
19
