1Kracht

1.1Vectoriële grootheid kracht

Er zijn heel wat krachten aan het werk in ons universum. Denk maar aan een schommel die beweegt, een kar die wordt getrokken of wanneer je halters omhoog duwt in de gymzaal. Daarvoor heb je een bepaalde kracht nodig. Wellicht ken je al heel wat van die krachten bij naam. Denk maar aan zwaartekracht, spierkracht, magnetische kracht, windkracht, wrijvingskracht ... en toch is de grootheid kracht iets mysterieus. Een kracht kun je niet zien, niet ruiken, niet vastpakken ... het enige dat we wel kunnen waarnemen is het effect van een kracht.

Een kracht is daardoor niet zoals de meeste andere grootheden. De meeste grootheden die we al kennen, hebben alleen een grootte. Dit zijn scalaire grootheden zoals massa, tijd, temperatuur, volume, dichtheid …

Kracht is net zoals snelheid een vectoriële grootheid en stellen we voor door een vector. Andere vectoriële grootheden zijn: versnelling, elektrische veldsterkte, magnetische veldsterkte …

De lijn waarop de pijl ligt, geeft de richting van de vector aan. De pijlpunt geeft de zin van de vector aan. Het beginpunt van de pijl is het aangrijpingspunt van de vector. De lengte van de pijl is een maat voor de grootte van de vector.

Een kracht is een vectoriële grootheid en heeft een richting, een grootte, een zin en een aangrijpingspunt.

De grootte van kracht wordt voorgesteld door het symbool F (naar het Engelse ‘force’).

De krachtvector wordt voorgesteld door het symbool #–F

Alle vectoriële grootheden hebben naast een grootte ook een richting, zin en aangrijpingspunt. Het zijn vectoren en die stellen we voor met behulp van een pijl.

Bij de #–F zetten we soms een subscript om duidelijk te maken over welke kracht het gaat. Hier gebruiken we #–Fs om de spierkracht van de persoon aan te duiden.

Deze sterke mensen oefenen op verschillende manieren een kracht uit op een enorme steen.

1 Welke krachten hebben dezelfde richting? Noteer de juiste letters.

2 Welke krachten hebben dezelfde zin? Noteer de juiste letters.

3 Welke krachten hebben dezelfde grootte? Noteer de juiste letters.

De grootte van de kracht geeft weer hoe hard de persoon duwt/trekt aan de steen. De richting van de kracht is de de lijn waar hij naartoe duwt of trekt. Deze richting wordt ook de werklijn van de kracht genoemd.

De zin van de kracht geeft weer welke kant de kracht en de steen uitgaat. Het aangrijpingspunt van de kracht is de plaats waar de kracht aangrijpt, dus de plaats waar hij trekt/duwt.

Is de grootheid een scalaire grootheid of een vectoriële grootheid? Kruis aan.

GROOTHEID SCALAIRVECTORIEEL snelheid massa volume temperatuur versnelling kracht spanning oppervlakte

1.2De eenheid van kracht

Zoals elke grootheid heeft de grootheid kracht ook een eenheid De eenheid van kracht is de newton (N).

WIST-JE-DAT

Isaac en de appel

De eenheid N ‘newton’ dankt zijn naam aan de Engelse wetenschapper Sir Isaac Newton, ook wel de vader van de zwaartekracht genoemd. Het verhaal gaat dat hij in 1666 in de boomgaard van zijn moeder een appel zag vallen. Dat gaf hem het inzicht dat een appel (en alles wat valt) eigenlijk naar de aarde wordt toegetrokken. Op diezelfde manier bedacht hij dat de maan door de aarde wordt aangetrokken.

Het wiskundig bewijs van de zwaartekracht is slechts één van de vele ontdekkingen van Isaac Newton. Als natuurkundige, wiskundige, astronoom, theoloog, filosoof en muntmeester zou hij volgens sommigen het startsein van de Verlichting hebben gegeven. Zonder twijfel was hij één van de grootste geleerden in de geschiedenis van de wetenschap.

We illustreren hieronder met enkele referentiematen de grootteorde van enkele krachten. Als je een paprika in je hand houdt, voel je een kracht van 1 N. Maar krachten kunnen ook wel groot zijn, zo oefent een alligator als hij bijt een kracht 104 N uit, voor de lancering van de satelliet trein van SpaceX zijn krachten van 106 N nodig en de zon oefent zelfs een aantrekkingskracht van 10²² N uit op onze aarde.

1.3Contactkrachten en veldkrachten

Krachten delen we in twee categorieën in: contactkrachten en veldkrachten.

Soms maakt een kracht rechtstreeks contact met het voorwerp, bijvoorbeeld als je een steen weg schopt of een skateboard in beweging duwt. Dan spreken we van een contactkracht.

Soms maakt een kracht geen rechtstreeks contact met het voorwerp, maar werkt ze ‘van op afstand’, zoals bij een magneet. In dat geval spreken we van een veldkracht. Of denk aan de zwaartekracht, die voorwerpen aantrekt van op afstand, en dus ook een veldkracht is.

Bij een contactkracht is er een rechtstreeks contact met het voorwerp.

Bij een veldkracht is er geen rechtstreeks contact met het voorwerp, deze kracht werkt op afstand.

In module 5 ‘Kracht en veld’ bespreken we de contactkrachten en veldkrachten uitvoerig.

1.4Het effect van een kracht

Een kracht werkt zowel bij contactkrachten als bij veldkrachten in op een voorwerp en heeft altijd een bepaald effect

Een kracht kan een beweging veroorzaken, bijvoorbeeld door inwerking van de zwaartekracht valt een appel uit een boom of met zijn spierkracht trapt een voetballer een voetbal weg.

Maar een kracht kan ook een beweging stoppen, denk maar aan een keeper die de aankomende voetbal opvangt.

Een kracht kan de oorzaak zijn van een snelheidsverandering, zoals harder trappen tijdens het fietsen.

Het kan ervoor zorgen dat een voorwerp niet op een rechte baan beweegt, maar zoals een satelliet rond de aarde draait. De aantrekkingskracht van de aarde zorgt er in dit geval voor dat de satelliet in zijn ellipsvormige baan blijft.

In de bovenstaande voorbeelden heeft de kracht een dynamisch effect. De kracht zorgt ervoor dat de bewegingstoestand van het voorwerp verandert.

Een kracht heeft soms ook een totaal ander effect, denk maar aan het indrukken van een spons. In dat geval is het effect van de kracht statisch. We spreken van het statisch effect van een kracht, waarbij de kracht een vervorming veroorzaakt

Een kracht werkt in op een voorwerp.

Een kracht heeft een bepaald effect: ze kan een voorwerp vervormen, dit is het statisch effect van de kracht; ze kan de bewegingstoestand van een voorwerp veranderen, dit is het dynamisch effect van de kracht.

Is het effect van de kracht statisch, dynamisch of beiden? Vul in.