Thema 5

Krachten en hun effecten

Wat is een kracht?

Een kracht kan je niet zien. Wat je ziet is het effect van de kracht. Op onderstaande video zie je duidelijk dit effect.

Een kracht = elke uitwendige oorzaak die ervoor zorgt dat een voorwerp van vorm, snelheid of richting verandert. Hoe groter de kracht, hoe groter het effect ervan is.

Wanneer een kracht inwerkt op een voorwerp, kan de kracht een verandering van de snelheid en/of een vervorming van dat voorwerp tot gevolg hebben. Verandering van snelheid of richting noemen we het dynamisch effect van krachten. Vervorming noemen we het statisch effect van krachten.

Vb. In bovenstaande video was de vervorming van de bal en het gezicht een statisch effect van de kracht, maar de bal die van snelheid verandert is het dynamisch effect van de kracht.

het statisch effect van een kracht kan je opdelen in 2 verschillende soorten vervormingen:

Elastische vervorming: de vervorming wordt ongedaan gemaakt als de kracht wegvalt

Vb: pijl afschieten of het Botsen met een bal

Plastische vervorming: deze vervorming blijft bestaan als de kracht wegvalt.

Vb: prop papier maken of Noten fijnmalen

Kracht als fysische grootheid

Je kan een kracht meten. Een kracht is dus een grootheid.

Als je de grootheid kracht wilt uitdrukken, gebruiken we hiervoor de eenheid newton.

Als je een kracht van 1 newton uitoefent dan kan je daarmee een voorwerp met een massa van 102 gram optillen (hier op Aarde). Wanneer je een voorwerp van 100 kg wil optillen (op Aarde) dan heb je daar een kracht van 981 N voor nodig.

Besluit:

Een kracht is een grootheid (F) uitgedrukt in de eenheid newton (N). een kracht kan je niet zien, maar de gevolgen kan je wel ervaren:

DYNAMISCH EFFECT = bewegingsverandering -->een versnelling, vertraging of richtingverandering. Hoe groter de kracht op een voorwerp, hoe groter de snelheidsverandering van dat voorwerp.

STATISCH EFFECT = vormverandering --> Hoe groter de kracht op een voorwerp, hoe groter de vormverandering van dat voorwerp. Deze vormverandering kan tijdelijk of blijvend zijn.

- Elastische vervorming = tijdelijk

- Plastische vervorming = blijvend

Krachten meten

Hoe groter de kracht dat op een voorwerp inwerkt, hoe groter de vervorming van dat voorwerp.

Als we harder aan een veer trekken, rekt ze meer uit. Dus hoe groter de kracht op een veer, hoe verder ze uitrekt.

We kunnen deze eigenschap gebruiken om de grootte van een kracht te bepalen.

Aangezien kracht een fysische grootheid is, kunnen we deze dus ook gaan meten. Om de grootte van een kracht te meten gebruiken we een dynamometer of krachtmeter.

Wat is snelheid?

Het dynamische effect van een kracht zorgt voor een bewegingsverandering of snelheidsverandering, maar wat is snelheid?

Snelheid = De verhouding van de afstand die je aflegt tot de tijd waarin je die afstand aflegt.

Dit wordt vaak uitgedrukt in m/s (= hoeveel meter je aflegt in 1 seconden), maar in het dagelijks leven gebruiken we vaak een afgeleide eenheden. Zo drukken we snelheid bijvoorbeeld vaak uit in kilometer per uur (km/u).

Snelheidsverandering

Versnellen: een kortere tijd doen over dezelfde afstand
Vertragen: een langere tijd doen over een afstand

We spreken van snelheidsverandering als:

Iets versnelt of vertraagt
Iets van stilstand in beweging komt
Iets van in beweging stilvalt

Voor elke snelheidsverandering is een kracht nodig!!!

Verschillende soorten krachten

Zwaartekracht

Wat is zwaartekracht?

Zwaartekracht = een aantrekkende kracht die twee of meer massa's op elkaar uitoefenen.

Alles heeft zwaartekracht (zelfs jij en ik), maar je merkt het eigenlijk alleen maar bij hele grote objecten. Jouw zwaartekracht trekt aan de aarde, maar de zwaartekracht van de aarde trekt veel harder aan jou. Als je springt zal je daarom snel terug met je benen op de grond staan. Nog een effect van de zwaartekracht is eb en vloed. De maan heeft ook een grote massa en zal afhankelijk van zijn afstand tot de aarde meer of minder kracht uitoefenen. Omdat de zwaartekracht op de maan lager is dan op aarde zullen astronauten ook veel hoger kunnen springen.

Technische toepassing van zwaartekracht:

- Schietlood

Magnetische kracht

Wat is magnetische kracht?

Magneten zorgen voor een magnetisch veld waardoor er krachten worden uitgeoefend op andere magnetische voorwerpen.

Magneten hebben twee polen: een Noordpool (N) en een zuidpool (Z). Twee verschillende polen trekken elkaar aan, terwijl twee dezelfde polen N-N of Z-Z elkaar afstoten. De kracht tussen de twee polen komt van een magnetisch veld dat magneten opwekken.

Een magneet heeft 2 verschillende uiteinden:

Noordpool voorgesteld met positieve lading (blauw)

Zuidpool voorgesteld met negatieve lading (rood)

Door de 2 verschillende polen ontstaat er een magnetisch veld rond een magneet.

soorten magneten

1. Permanente magneten

Permanente magneten worden speciaal gemaakt uit een mengsel van metalen. Ook de aarde gedraagt zich magnetisch door de metalen in de aardkorst.

Magneten die je vrij hangt wijzen altijd met de noordpool van de magneet naar het noorden en de zuidpool van de magneet altijd naar het zuiden.

Waar worden permanente magneten toegepast in de praktijk?

Magneten op koelkast, of bord
Veiligheidsslot op kleding, magneetjes om kastdeurtjes dicht te houden

2. Magneten die magnetisch worden in een magnetisch veld

Bijvoorbeeld elektromagneten: Door elektrische stroom te gebruiken kan een magnetisch veld opgewekt worden. De draad waar stroom doorloopt maakt een magnetisch veld. Als de stroom wordt uitgezet valt het magnetisch veld weg en is er geen sprake meer van magnetische kracht.

Klik op de afbeelding om meer over elektromagneten en permanente magneten te weten te komen.

Spierkracht

Spierkracht is, zoals het woord zelf al aan geeft, de kracht van je spieren. Spierkracht is afhankelijk van persoon tot persoon en hangt natuurlijk ook samen met de spiermassa van die persoon. Iemand met veel spiermassa zal gemiddeld genomen ook meer kracht kunnen leveren. Je spierkracht (en spiermassa) zal afhangen van een aantal factoren zoals beweging en training, voeding en herstel, leeftijd, geslacht,...

Met de kracht van je spieren kan je machines aandrijven zoals een fiets.

Wrijvingskracht

wrijvingskracht is een kracht die plaats vindt als twee objecten langs elkaar "wrijven". Deze objecten kunnen bijvoorbeeld twee handen zijn, schuurpapier en hout of zelfs lucht en een vliegtuig.

Je merkt soms misschien wel dat je tijdens het fietsen de lucht tegen je aan kan voelen drukken. Hoe harder je gaat, en hoe harder de wind staat, hoe harder de wind tegen je aandrukt. Ook dit is wrijving.

Wrijvingskracht heeft altijd een tegenovergestelde zin dan de kracht die je uitoefent. (zie foto)

Cohesie en adhesiekracht

Cohesiekracht en adhesiekracht houden materiedeeltjes bij elkaar.

Cohesie = de deeltjes van een bepaald voorwerp trekken elkaar aan. Dit is de aantrekkingskracht tussen de zelfde soort moleculen.

Adhesie = de deeltjes van verschillende voorwerpen trekken elkaar aan. Dit is de aantrekkingskracht tussen verschillende soorten moleculen.

Beide krachten zijn afhankelijk van:

De aard van de materie (= glas, houd, plastic,...)
De aggregatietoestand van de materie (= vast, vloeibaar of gas)

Wat is het verschil tussen massa, gewicht en zwaartekracht?

In het dagelijks leven gebruiken we de begrippen "massa" en "gewicht" vaak door elkaar. We zeggen bijvoorbeeld:

"Mijn gewicht is 78 kg."
"Mijn man weegt ondertussen al 106 kg."

Deze uitspraken zijn echter FOUT ! Er is wel degelijk een belangrijk verschil tussen de begrippen "massa" en "gewicht".

De massa (grootheid) van een voorwerp drukken we uit in kilogram (eenheid).

De massa van een voorwerp zegt iets over de hoeveelheid en de soort deeltjes waaruit het voorwerp is opgebouwd.

Op elke planeet is er ook een kracht werkzaam die een massa of voorwerp aantrekt, dit is de zwaartekracht (grootheid).

Aangezien het om een kracht gaat drukken we deze uit in newton (eenheid). Deze kracht is verschillend van planeet tot planeet. Op aarde oefent de zwaartekracht gemiddeld een kracht uit van 9,81 newton per kilogram.

Het gewicht (grootheid) van een voorwerp is de kracht die het voorwerp uitoefent op zijn ophanging of ondersteuning.

Aangezien gewicht een kracht is drukken we deze dus uit in newton (eenheid)! Bij een voorwerp in rust is het gewicht van dat voorwerp gelijk aan de zwaartekracht die werkzaam is op dat voorwerp.

Wat is het verschil tussen normaalkracht en gewicht? (klik op onderstaande link voor meer uitleg!)

normaalkracht VS gewicht

Kracht als vector / de 4 kenmerken van een kracht

Een kracht is een vector want hij heeft een grootte, richting, zin en aangrijpingspunt.

In symbolen noteren we een krachtvector als een F met een pijltje boven.

Grootte van een kracht

De grootte van een krachtvector zegt hoeveel kracht er wordt uitgeoefend, dus hoeveel newton. De grootte van een kracht is altijd positief.

Bij het tekenen van een vector gebruiken we de lengte van de vector om de grootte van de kracht aan te geven. (let op: geen pijltje boven F)

Richting van een kracht

Met richting bedoelen we hoe het lijnstuk staat: Wordt de kracht horizontaal, verticaal of onder een hoek uitgeoefend?

Zin van een kracht

Met zin bedoelen we de kant op het lijnstuk: Wordt de kracht naar link of rechts uitgeoefend bij een horizontale richting. Je kan dus een kracht hebben met dezelfde richting maar tegengestelde zin.

Aangrijpingspunt van een kracht

Naast een grootte, richting en zin, heeft een krachtvector ook een aangrijpingspunt. Het is namelijk ook belangrijk om te zeggen waar de kracht uitgeoefend wordt op het voorwerp. Wanneer je tegen de bovenkant duwt van een flesje water dat op tafel staat, zal het flesje sneller kantelen dan wanneer je tegen de onderkant van het flesje duwt.