Transcript Werkblad Krachten

Werkblad 1- Wat is een kracht? - Thema 14
(NIVEAU BETA)
Theorie 1
Wat is een kracht?
Tijdens het afwassen laat Jeroen een kopje vallen. Zoals te zien op de plaatjes valt het kopje kapot. Er
moet dus een kracht werken op het kopje bij het op de grond komen. De grond oefent een kracht uit
op het kopje, waardoor het kapot gaat.
Aan de andere kant, als je het kopje loslaat, komt het in beweging. Sterker nog: het valt steeds
sneller naar beneden. De snelheid verandert gedurende de gehele val. Op het moment dat het kopje
de grond raakt neemt de snelheid ineens af. De grond gaat nu een kracht omhoog uitoefenen. Zowel
de zwaartekracht, als de kracht van de grond werken op het kopje. De krachten werken zo hard dat
het kopje dit niet aankan, het wordt uit elkaar getrokken.
In de natuurkunde zeggen we dat:
In de natuurkunde is een kracht iets dat de snelheid van een voorwerp altijd wil veranderen.
Krachtenevenwicht
Toch zijn er bij jullie genoeg situaties bekent waarbij je weet dat er een kracht werkt, maar dat er
toch geen verandering van snelheid is. Ga maar na, je zit stil op je stoel terwijl je weet, (voelt), dat er
een zwaartekracht werkt. We gaan dan in de natuurkunde van de volgende regel uit.
Als iets op zijn plaats blijft of niet van snelheid verandert, dan werken er krachten op dat voorwerp
die elkaar precies opheffen, elkaar compenseren. Er is krachtenevenwicht.
Als een voorwerp een kracht ondervindt zal deze kracht
de snelheid van dat voorwerp willen veranderen. Het
kan zijn dat het voorwerp tegenwerkt en op zijn plaats
blijft. Hiervoor zal het dan wel eerst moeten
vervormen. Zie het voorbeeld van de man op de plank.
Ook bij de man met de tas en de man met de koffer is
dit het geval. De hand van de man wordt iets in elkaar
geduwd en het hengsel van de tas rekt iets uit.
Je ziet dat de aanwezigheid van krachten verschillende gevolgen voor een voorwerp kan hebben. Het
voorwerp kan:
 vervormen;
 van snelheid veranderen;
 op zijn plaats worden gehouden
 de snelheid kan door de krachten constant gehouden worden;
Practicum
In dit practicum ga je aan de gang met het begrip kracht en de invloed die het heeft op de beweging
van een voorwerp. Bij dit practicum komen de begrippen massa en volume, zwaartekracht en
opwaartse kracht uit het vorige thema terug.
Hier volgt een korte beschrijving wat je op dit moment bij deze begrippen moet voorstellen:
 Massa: hoe meer massa een voorwerp heeft, hoe groter de zwaartekracht wordt.
 Volume: hoe groter het volume, hoe meer ruimte een voorwerp inneemt.
 Opwaartse kracht: Een kracht die naar boven werkt.
Voer de experimentjes in 2-tallen uit.
Benodigd practicummateriaal: een velletje papier (liggen klaar of vraag docent).
Opdracht 1
Laat een velletje papier op borsthoogte los waarbij je het papier horizontaal houdt.
Schrijf je waarnemingen op waarbij je er op let hoe de snelheid van het papier verandert:
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………
………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………..………
Leg uit op welke momenten van de beweging je kunt zien dat er een kracht werkt (gebruik bij je
antwoord de rood gedrukte regel uit de theorie).
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
Leg uit of er ook momenten zijn in de beweging waarin je niet kunt zien of er een kracht werkt
(gebruik bij je antwoord de rood gedrukte regel uit de theorie).
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
Leg uit dat op grond van wat je hebt geleerd over de zwaartekracht, dat er gedurende de gehele val
een kracht werkt naar beneden.
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
Experiment 2
Laat nu het vel vallen van borsthoogte, maar houdt het nu verticaal .
Schrijf je waarnemingen op waarbij je weer er op let hoe de snelheid van het papier verandert:
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
Leg uit of zwaartekracht in dit 2de experiment op het vel papier, groter, kleiner, of gelijk was aan die
van het 1ste experiment.
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
Leg uit of de kracht op het papier in het 2de experiment groter was dan in het 1ste experiment.
(gebruik bij je antwoord de rood gedrukte regel uit de theorie).
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
Bekijk het volgende filmpje eens: http://www.youtube.com/watch?v=nwo9l01G4eA
Geef een verklaring voor datgene wat je gezien hebt.
Kies het juiste onderstreepte woord:
1. De massa van de hamer is groter/kleiner dan van de veer
2. Er is wel/geen lucht op de maan.
3. Er kan wel/geen opwaartse kracht werken op de maan veroorzaakt door lucht.
4. De zwaartekracht op de hamer is groter/kleiner dan op de veer.
5. De hamer zou door de zwaartekracht sneller/langzamer moeten vallen dan de veer
6. Een veer breng je makkelijk/moeilijker in beweging dan een hamer.
7. De hamer zou door het moeilijker in beweging te brengen zijn sneller/langzamer moeten
vallen dan de veer.
Leg uit dat de hamer en de veer even snel vallen met behulp van de antwoorden 1 t/7 die hierboven
hebt gegeven.
De zwaartekracht wil de hamer wel sneller laten bewegen, maar de massa houdt dat tegen, daarom
vallen hamer en veer precies even snel. Het zou anders zijn als er lucht is, zoals op aarde.
Theorie 2
Naamgeving van krachten
Op het moment dat er meer dan één kracht op een voorwerp werkt, is het, om verwarring te
voorkomen, verstandig om niet alleen te spreken over “de kracht”, maar om de naamgeving iets
preciezer te maken. Als je kijkt in de plaatjes kijkt die hierboven staan, heeft men dat ook gedaan.
Naast het symbool van kracht ( de F) zie je ook dat bij de ene kracht onder de F, de letter z is
geplaatst en bij de andere F, het cijfer 1 is gezet. Hierdoor is het makkelijk aan te geven over welke
kracht je het hebt.
Sommige aanduidingen zijn willekeurig, ze wordt in het plaatje hierboven de kracht van de man op
de tas F1 genoemd, deze kracht had ook Fman, of Fspierkracht genoemd mogen worden. Sommige
aanduidingen worden echter zo vaak gebruikt dat we in de natuurkunde afgesproken hebben om
deze altijd te gebruiken. Hieronder worden een paar van die afgesproken aanduidingen gegeven
1. De zwaartekracht korten we af met Fz .
2. De kracht die een veer uitoefent, heet de veerkracht Fv .
3. In een touw werkt een spankracht, Fspan.
4. De wrijvingskracht korten we af met Fw, deze kracht gaat werken als we een voorwerp in
beweging willen brengen, of als een voorwerp beweegt. De wrijvingskracht wil altijd een
voorwerp tot stilstand laten komen, of in stilstand laten zijn. Bij bewegen komen we 2 soorten
wrijving het meeste voor luchtwrijving en rolwrijving. Daarnaast is er soms ook wel sprake van
schuifweerstand.
Nettokracht, somkracht en resulterende kracht.
Werken er meerdere krachten op een voorwerp, dan zal elk van die krachten de snelheid van het
voorwerp willen veranderen. Door die krachten zijn er 2 mogelijkheden wat betreft de snelheid van
het voorwerpen: of de snelheid verandert, of hij verandert niet.
Als de snelheid verandert dan verandert hij altijd in één richting. Het effect van al die krachten
samen is net of er maar één kracht werkt. We zeggen in de natuurkunde dan ook dat alle krachten
samen één kracht opleveren. Deze kracht heeft een aparte naam, we noemen hem de resulterende
kracht, (het resultaat van alle krachten samen), als afkorting schrijven we wel Fr, of Fres.
In het plaatje hiernaast zie je een situatie waar er meerder krachten
op een voorwerp werken.
Cees en Ines trekken de kar van Onno naar rechts. Cees oefent een
spierkracht uit van 63 N en Ines trekt met 59 N. Onno trekt de andere
kant op met een kracht van 73 N. Er werkt dus 63 + 59 = 122 N de
ene, en 73 N de andere kant op. Dat is hetzelfde als er één persoon
met 122 - 73 = 49 N naar rechts zou trekken. De resulterende kracht is
49 N naar rechts.
Omdat er hier sprake is van het optellen van krachten wordt de
resulterende kracht ook wel de somkracht genoemd. Aan de andere kant zie je dat in het voorbeeld
er niet alleen krachten worden opgeteld, ze worden ook van elkaar afgetrokken, daarom wordt de
resulterende kracht ook wel de nettokracht genoemd. Deze namen worden nog wel eens in de
natuurkunde door elkaar heen gebruikt.
Als de snelheid van een voorwerp niet verandert, dan blijft er na het samennemen van de krachten
blijkbaar geen kracht over die het voorwerp nog van snelheid wil veranderen. De resulterende kracht
is dan 0 N. In dat geval is er sprake van een evenwicht.
De resulterende kracht op een voorwerp is nul als dat voorwerp stil staat of met constante snelheid
beweegt.
Vragen
1. Leg uit of in de experimenten die je in werkblad 1 hebt uitgevoerd er ook sprake zal zijn geweest
van wrijvingskrachten en zo ja, welke invloed hadden die dan?
2.
3.
4.
5.
Een agenda ligt stil op de bank. Hoe groot is de somkracht? Leg uit.
0 N, stilstand
Een trein rijdt met een constante snelheid van 125 km/h
Hoe groot is de resulterende kracht? Leg uit waarom.
0 N, constante snelheid
Een fietser waarop een zwaartekracht werkt van 740 N fietst met een snelheid van 15 km/h en remt
met een kracht van 150 N. In de volgende vragen staat het begrip netto kracht centraal.
a. Geef 2 andere woorden voor netto-kracht.
b. Wat kun je zeggen over de netto kracht in horizontale richting?
Alleen remkracht werkt, de nettokracht is dus 150 N.
c. Wat kun je zeggen over de netto kracht in verticale richting?
0N, Fiets verandert niet van snelheid omhoog of omlaat.
d. Hoe groot is de netto kracht als je stilstaat?
0 N, geen beweging.
Een schooltas waarop een zwaartekracht werkt van 70 N staat op de grond.
a. Leg uit hoe groot de resulterende kracht op de tas is.
0 N, stilstand
Je tilt de tas rustig, met constante snelheid op.
b. Leg uit hoe groot je spierkracht is.
Resulterende kracht 0 N, constante snelheid. Dus spierkracht gelijk aan zwaartekracht is 70 N.
Je laat je tas los zodat deze weer op de grond valt.
c. Hoe groot is de resulterende kracht tijdens het vallen?
Alleen spierkracht werkt, dus resulterende kracht is 70 N.
6.
7.
Je bent in een touwtrekwedstrijd en oefent een kracht van 150 N op je tegenstander uit maar
deze komt niet in beweging. De wrijvingskracht op jou is op dat moment 87 N.
a. Leg uit hoe groot de resulterende kracht is op je tegenstander.
0 N, hij staat immer stil.
b. Leg uit hoe groot de resulterende kracht is op jou.
De kracht die jij uitoefent op je tegenstander, oefent hij ook op jou uit. Resulterende kracht is
dan 150 -78 = 72 N
c. Leg uit of je stil blijft staan of niet.
Resulterende kracht is niet 0 N, je komt in beweging.
Je loopt een dunne loopbrug op. Je massa is 55 kg.
a. Bereken de zwaartekracht die op je werkt in deze situatie met de formule:
(Schrijf je berekening met formule op). 539 N
b. Leg uit hoe groot de kracht is die de loopbrug op jou uitoefent.
Krachtenparen, dus even groot.
De loopbrug breekt onder je voeten en valt naar beneden.
c. Leg uit hoe groot de kracht is die jij nog kunt uitoefen op de kapotte loopbrug.
0 N.
d. Leg uit wat er met je snelheid gebeurd.
Jij oefent geen kracht meer uit op de brug, dus de brug niet meer op jou, de resulterende
kracht is niet meer 0N, dus versnel je.
Krachtenparen.
Een kracht kan alleen ontstaan als 2 voorwerpen op de een of andere manier contact met elkaar
maken. Bijvoorbeeld, de leerling die naast je zit is zo vervelend dat je hem een stomp op zijn
schouder geeft, hierbij oefen je dus een kracht uit. Echter als je er over nadenkt, oefent dan
automatisch de andere persoon ook een kracht op jou uit. Immers, je vuist wordt afgeremd,
misschien gaat hij wel pijn doen en in het ergste geval breek je zelfs iets tijdens het geven van die
stomp. Dat kan alleen zijn als er op je vuist een kracht wordt uitgeoefend.
Omdat beide personen even belangrijk zijn om de krachten te laten ontstaan, zijn deze krachten ook
precies even groot, maar tegengesteld van richting. Als jij de persoon een klap op zijn linkerschouder
geeft en dus een kracht laat werken van links naar rechts, dan gaat op jou automatisch een kracht
werken van rechts naar links. Omdat er dus krachten op 2 persoon, (meer algemeen voorwerpen),
werken, spreken we in deze situatie van een krachtenpaar.
experimentje
In dit practicum ga voelen dat er inderdaad een krachtenpaar ontstaat tijdens het uitoefen van een
kracht.
Ga in een tweetal op een kleine afstand tegenover elkaar staan en zet je handpalmen tegen elkaar.
Spreek af wie er gaat duwen en wie zijn handen alleen in positie houdt. (Je mag natuurlijk een
tweede keer de rollen omdraaien als je wilt). Begin te duwen en kijk en voel wat er gebeurd.
Beantwoord de volgende vragen:
Vragen voor de persoon die geduwd werd:
Hoe voelde je dat er een kracht op je werd uitgeoefend?
…………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
Hoe zorgde je ervoor dat je bleef staan?
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
Vragen voor de persoon die duwde:
Hoe voelde je dat er een kracht op je werd uitgeoefend?
…………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
Hoe zorgde je ervoor dat je bleef staan?
……………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………..
Op grond van de ervaring die je hebt gehad bij het experimentje kunnen we nu de regels opstellen
die gelden voor een krachtenpaar:
Bij een krachtenpaar geldt:
1. Er hebben 2 voorwerpen contact waarbij er 2 krachten ontstaan, het krachtenpaar.
2. Deze 2 krachten zijn even groot en werken in tegengestelde richting.
3. Deze 2 krachten werken op verschillende voorwerpen en kunnen elkaar dus niet opheffen.
Bij het ontstaan van krachtenpaar moeten er ook andere krachten gaan werken om er voor
te zorgen dat de nettokracht op een voorwerp 0 N blijft.
Vragen
8.
9.
10.
Als je het volgende filmpje bekijkt: kleiduiven schieten zie je dat bij elk schot het geweer iets terug
beweegt, (dat noemen ze officieel de terugslag van het geweer). Leg uit, door gebruik te maken van
het begrip krachtenpaar, waarom elk geweer een terugslag heeft.
Een kracht op de kogel, geeft een kracht op het geweer, krachtenpaar, dus wil het geweer naar
achteren bewegen.
Een auto rijdt tegen een vangrail waarbij zowel de auto, als de vangrail vervormen, leg uit, met
behulp van het begrip krachtenpaar, hoe dit komt.
De vangrail oefent een kracht uit om de auto tot stilstand te krijgen, maar dan oefent de auto ook
een kracht uit op de vangrail die daardoor vervormt.
Pietje staat in een rijdend karretje en gooit met grote kracht een bal naar iemand die achter de kar
staat. Pietje verplaatst tijdens het gooien van de bal zijn voeten in de kar niet.
Leg uit of de kar door het gooien van de bal een grotere, of een kleinere snelheid krijgt, of dat het
geen invloed heeft op de snelheid.
Door het gooien van de bal naar achteren werkt er (krachtenparen) ook een kracht naar voren op de
kar, deze krijgt dus een grotere snelheid.