3Kracht en beweging

3.1De bewegingstoestand van een systeem

WIST-JE-DAT

SpaceX is tegenwoordig niet meer weg te denken uit de ruimtevaart. Op 16 november 2020 ging heel wat media-aandacht naar de lancering van hun eerste officiële bemande spaceXvlucht, richting ISS. Iedereen ter wereld kon zien hoe het Dragon ruimtevaartuig met een Falcon 9-herbruikbare lanceerraket de ruimte in gestuurd werd.

© Sunday Photography_stock.adobe.com

Elon Musk, oprichter van ruimtevaartbedrijf SpaceX, maakte zo zijn persoonlijke doel waar om de mens vanaf Amerikaanse bodem de ruimte in te sturen.

“Ik heb achttien jaar naar dit doel toegewerkt, dus het is nogal moeilijk te geloven dat het is gebeurd.”, zei Musk, na afloop van de missie. Musk hoopt dat dit de “eerste stap” is naar een “beschaving op Mars” eneen “multiplanetair leven” met een basis op de maan.

Na een vlekkeloze tocht richting ISS verbleven de twee ervaren astronauten Bob Behnken en Doug Hurley twee maanden in het ISS. SpaceX is zo het eerste commerciële bedrijf dat mensen naar de ruimte heeft gebracht. De laatste bemande Amerikaanse ruimtevlucht dateerde al van 2011, toen kwam er immers een eind aan het Space Shuttle-programma. Na hun missie werd de Dragon capsule losgekoppeld van het ISS-station voor hun terugreis naar de aarde. Na een 19 uur durende vlucht werd hun snelheid van 28000 km/h dankzij stuwraketten teruggebracht naar 560 km/h bij de terugkeer in de atmosfeer. Daarna remde de Dragon capsule verder af tot 24 km/h bij de ‘splashdown’. Het was 45 jaar geleden dat astronauten voor het laatst in zee landden.

Vanaf 2021 staan de eerste Crew Dragon vluchten voor ruimtetoeristen gepland. Misschien iets voor op jouw bucket-list?

Benieuwd hoe die splashdown er uit zag? Bemanning eerste commerciële ruimtevlucht is succesvol geland op aarde | VRT NWS: nieuws

Tijdens zijn terugreis naar de aarde vloog de Dragon-capsule met een snelheid van 28000 km h richting aarde.Dat noemen we de bewegingstoestand van de Dragon-capsule.

De bewegingstoestand van een systeem is de toestand van rust of beweging van het systeem.Die bewegingstoestand wordt bepaald door de snelheid van het systeem op dat ogenblik.

Op de foto alleen zien we de bewegingstoestand van de Dragon niet. Om de bewegingstoestand van een lichaam weer te geven, gaan we vanaf nu de snelheidsvector tekenen. Op die manier krijgen we een idee over de grootte, richting en zin van de snelheid en zien we of het lichaam al dan niet in rust is. Als we geen snelheidsvector tekenen, impliceert dat dat de snelheid nul is.

We nemen als aangrijpingspunt van de snelheid het zwaartepunt van de Dragon.

Dankzij stuwraketten wordt de snelheid teruggebracht tot 560 km h . De bewegingstoestand van de Dragon wordt zo gewijzigd. We nemen zo het dynamisch effect van een kracht waar.

3.2Invloed van krachten op de bewegingstoestand

Op een voorwerp werken dikwijls meerdere krachten.

Welke invloed hebben die krachten op de bewegingstoestand?

We bekijken dit aan de hand van een auto die in beweging is. Op deze auto werken meerdere krachten in, namelijk:

#–

Fz : de zwaartekracht

#–

Fm : de motorkracht van de auto

#–

Fw : de wrijvingskracht van de lucht, de banden …

#–

FN : de normaalkracht #–

3.3De resulterende kracht

Als meerdere krachten inwerken op een voorwerp, is het handig om het resultaat van alle krachten te kennen. We spreken dan over de resulterende kracht of de resultante

De resultante of resulterende kracht is de kracht die dezelfde uitwerking heeftals al de krachten samen.

Meer informatie over het bepalen van de resulterende kracht lees je in het vademecum.

3.4Bewegingstoestand verandert niet

We hernemen het voorbeeld van de auto.

Alle krachten liggen ofwel op de x-as of y-as. Om hier de resulterende kracht te berekenen, tellen we alle krachten volgens de x-richting en alle krachten volgens de y-richting op. In dit geval is de resulterende kracht nul. Dit kan het geval zijn wanneer de auto stilstaat of wanneer hij met een constante snelheid beweegt.

Dit is de eerste wet van Newton of de traagheidswet van Galileo Galilei

Eerste wet van Newton

Een voorwerp waarop geen resulterende kracht werkt, behoudt zijn bewegingstoestand: is het voorwerp in rust, dan blijft het in rust; beweegt het voorwerp, dan beweegt het voorwerp zich rechtlijnig met een constante snelheid voort.

Een beweging met een constante snelheid op een rechtlijnige baan noemt een eenparig rechtlijnige beweging of ERB.

In module 3 ‘De eenparige rechtlijnige beweging’ leer je meer hierover.

WIST-JE-DAT

De eerste wet van Newton wordt ook de traagheidswet van Galileo Galilei genoemd. Newton heeft de wet overgenomen van Galilei. Galileo Galilei baseerde zich voor de formulering van zijn traagheidsbeginsel op volgend historisch gedachtenexperiment.

Door een bal wrijvingsloos van een helling te laten rollen, krijgt een bal snelheid. Als de bal na een vlak stuk een ander helling op rolt, rolt die verder tot op dezelfde hoogte.Als de tweede helling minder steil is, dan vertraagt de bal minder snel en raakt de bal nog steeds tot dezelfde hoogte. In alle experimenten kwam de hoogte van de eindpositie overeen met de hoogte van de beginpositie. Zo bedacht hij dat als de tweede helling plat zou zijn, dat de bal dan nooit snelheid zou verliezen. Zo concludeerde hij dat als de tweede helling plat zou zijn, de bal zijn snelheid zou behouden en de bal dus voor eeuwig met dezelfde snelheid zou blijven voortbewegen, op voorwaarde dat er geen (resulterende) krachten inwerken op de bal.

De afwezigheid van krachten is in de nabijheid van de aarde niet mogelijk. Hier op aarde werkt steeds de zwaartekracht op een voorwerp en zoals we zagen, dikwijls nog heel wat meer krachten. Enkel door een voorwerp ver van alle planeten ergens in de ruimte te plaatsen zouden we de afwezigheid van krachten kunnen waarnemen. Stel we doen jou een ruimtepak aan, plaatsen jou ergens ver van alle planeten in de ruimte, geven jou een klein duwtje, dan zou je voor eeuwig en altijd met dezelfde snelheid rechtdoor bewegen.