Hefbomen
Garagasten.be
Met een hefboom kan je eenvoudig krachten vermenigvuldigen. Je hebt altijd een stang die op een steunpunt beweegt. Als je op die stang een inspanning uitoefent, til je de last op.
De inspanning is de kracht die je op de hefboom uitoefent. Het steunpunt is het punt waaromheen de hefboom draait. De last is het gewicht dat aan de andere kant van de hefboom wordt verplaatst.
“Geef me een hefboom die lang genoeg is en een steunpunt en ik zal de wereld verplaatsen” Er zijn drie soorten hefbomen. Alles hangt af van de positie van het steunpunt, de last en de inspanning ten opzichte van elkaar.
Archimedes, Grieks wiskundige (203 vC)
primaire hefbomen
secundaire hefbomen
tertiare hefbomen
Bij een primaire hefboom, zoals een tang of de rem van een fiets, zit het steunpunt tussen de last en de inspanning.
Bij een secundaire hefboom, zoals een kruiwagen of een notenkraker, zit de last tussen het steunpunt en de inspanning.
Bij een tertaire hefboom, zoals een hengel of een pincet, zit de inspanning tussen het steunpunt en de last.
A
xA=
B
xB
Hoe dichter het steunpunt bij de last, hoe minder inspanning je moet leveren om de last op te tillen. Je kan zelfs een zwaar geladen vrachtwagen met een hefboom optillen, maar dan heb je wel een héél lange stang nodig. Om een hefboom in evenwicht te brengen, moet het product van de inspanning en de afstand van die inspanning tot het steunpunt gelijk zijn aan het product van de last en de afstand van die last tot het steunpunt.
Elektrische kringloop Elektriciteit is een bron van energie. En die energie kan je makkelijk omzetten in beweging, licht of warmte.
geleider
Elektriciteit is in beweging in een gesloten stroomkring. Om elektriciteit te kunnen gebruiken als leverancier van energie, moet je dus een stroomkring maken. Batterijen en stopcontacten hebben niet toevallig twee aansluitpunten. Als je de aansluitpunten van deze bronnen verbindt met een verbruiker zoals een motor of een lamp, dan gaat er een stroom vloeien.
Garagasten.be Als je twee of meer verbruikers in een stroomkring zet, zullen ze allemaal stroom verbruiken. Maar de hoeveelheid energie die ze verbruiken, hangt onder meer af van de manier waarop je ze schakelt.
spanningsbron
Geleiders zijn materialen die de stroom goed doorlaten: ijzer, koper... Isolatoren zijn materialen die geen stroom doorlaten: hout, glas, rubber...
De spanningsbron is een bron van elektrische energie: een batterij, een stopcontact...
Zet je de verbruikers achter elkaar (in serie), dan wordt de spanning die de spanningsbron levert, verdeeld over de verbruikers. Bij een
serieschakeling zal
de spanning over elke verbruiker dus lager uitvallen. Waardoor de verbruikers minder vermogen kunnen leveren dan wanneer ze alleen in de stroomkring zouden staan (de lampjes zullen minder fel branden). En als er één verbruiker stuk gaat, is je stroomkring onderbroken.
parallelschakeling, dan krijgt elke Kies je voor een
verbruiker zijn eigen vertakking in de stroomkring. Als de ene verbruiker uitvalt, blijven de andere toch werken. Door de vertakking krijgt elke verbruiker de volledige spanning van de spanningsbron en zal er door elke verbruiker een stroom vloeien die groter is dan bij een serieschakeling van diezelfde verbruikers. Waardoor de verbruikers op volle vermogen kunnen werken en de lampjes dus op volle sterkte branden.
Spanning, uitgedrukt in volt (V), kan je het best vergelijken met het drukverschil tussen twee vaten water die op verschillende hoogte staan.
verbruiker
schakelaar
Een verbruiker heeft een spanningsverschil nodig om te werken: een lamp, een koelkast… Het spanningsverschil zorgt ervoor dat er een stroom vloeit.
Met een schakelaar kan je de stroomkring openen en sluiten. Anders zou je tv constant blijven spelen of je bureaulamp de hele tijd blijven branden.
Als je de vaten met een leiding verbindt, dan stroomt het water van het hogere vat naar het lager gelegen vat. De hoeveelheid water die per seconde door de leiding stroomt, noemen we het debiet. Het debiet elektrische ladingen door een geleider noemen we de
stroomsterkte, uitgedrukt in ampère (A). Om het vermogen, eenheid watt (W), te berekenen, moet je de
spanning vermenigvuldigen met de stroomsterkte.
Beslissen met poorten Elektriciteit laten stromen doe je met een elektrische kringloop. Wil je zelf beslissen wanneer de elektriciteit stroomt en wanneer niet, dan heb je een schakelaar nodig. Met een schakelaar kan je de stroomkring openen of sluiten.
INVOER
VERWERKING
SCHUIFKNOP
Garagasten.be Hoe die omzetting gebeurt, zie je in het midden van het bord. Drie poorten beslissen of een signaal doorgaat of niet: de AND-, OR- en NOT-poort. Bij de invoer kan je met een sensor of schakelaar de stroomkring openen of sluiten. Sensoren reageren bijvoorbeeld op licht of warmte. Druk- en schuifknoppen zet je zelf af en aan. Een zoemer, een relaisschakelaar en een lamp zorgen voor de uitvoer.
UITVOER ZOEMER
AND LICHTSENSOR RELAIS
De AND-poort heeft twee ingangen en moet via beide ingangen spanning krijgen om spanning door te geven. Net zoals je CD pas begint te spelen als je de power-knop van je installatie EN de play-knop hebt ingedrukt.
OR
Ook de OR-poort heeft twee ingangen. Deze poort laat al spanning door zodra ze minstens op ĂŠĂŠn ingang spanning krijgt. Zoals bij de verwarming die aanslaat als de thermostaat merkt dat het te koud wordt OF als je ze zelf met de knop aanzet.
WARMTESENSOR
DRUKKNOP
Nu kan je gaan spelen met het wel en niet doorlaten van stroom. Op het beslissingsbord zie je hoe dat gaat. Je hebt links de invoer en rechts de uitvoer. Met een elektriciteitsdraad kan je verbindingen maken. Tussen de drukknop en de lamp bijvoorbeeld. Druk je op de knop, dan brandt de lamp. Dus ofwel vloeit de stroom, ofwel niet.
LAMP
Zo gaat het ook in een computer. Die verwerkt namelijk elektrische signalen en dat kunnen er maar twee zijn: geen spanning (0) of wel spanning (1). Hij zet dus lange reeksen met nullen en enen om in beelden, letters en tekens.
NOT
De NOT-poort draait het signaal om dat ze ontvangt. Krijgt ze spanning, dan geeft ze geen spanning door en omgekeerd. Als een chauffeur uitstapt terwijl zijn lichten nog branden, klinkt een waarschuwingssignaal. Een drukknop in het portier is via een NOT-poort aan een AND-poort geschakeld en een lichtsensor in de koplampen is met de andere AND-ingang verbonden. De drukknop geeft pas een signaal als hij NIET is ingedrukt en dus klinkt het piepgeluidje als de deur opengaat EN de lichten branden.
Kracht en beweging De meeste voorwerpen liggen gewoon stil. Als je ze in beweging wil brengen, moet je er een kracht op uitoefenen.
Stel je voor: je zit in een snelle sportwagen en je hebt je stevig vastgesnoerd. Plots geeft de chauffeur vol gas. De auto schiet vooruit en jij wordt tegen de rugleuning van je zitje gedrukt. Dat komt omdat een voorwerp dat in rust is in rust wil blijven.
Garagasten.be De eenheid van kracht is de newton, genoemd naar de 17de-eeuwse Engelse wetenschapper Isaac Newton die het fenomeen kracht bestudeerde. 1 newton is ongeveer de kracht die je nodig hebt om een appel op te tillen.
Je lichaam heeft geen zin in de plotse verandering van beweging en wil blijven waar het was. Dat is wat wetenschappers de traagheidswet noemen. En ontdekt door… Isaac Newton. Het omgekeerde is ook waar. Zodra iets
in beweging is, wil het in beweging blijven. Daarom
vlieg je naar voren als je in een auto zit die plots remmen moet. Meteen de reden waarom het zo belangrijk is om altijd je gordel te dragen.
F=mxa
F = kracht m = massa a = versnelling
Newton ontdekte nog meer. Hij stelde vast dat een voorwerp niet zomaar van snelheid verandert en dat er dus een kracht moet zijn die het sneller doet bewegen of net afremt. Anders gezegd: de verandering van een beweging is evenredig met de kracht die op het voorwerp uitgeoefend wordt. Of met een formule: F=mxa. Met deze formule kan je berekenen hoeveel kracht ervoor nodig is om een voorwerp met een bepaalde massa een bepaalde snelheidsverandering te geven.
De m staat voor de massa in kilo’s. Met de a geef je de versnelling in aantal meters per seconden kwadraat aan. Als je deze twee getallen met elkaar vermenigvuldigt, krijg je de kracht (F) in de eenheid newton. Eén newton is dus de kracht die nodig is om één kilogram in één seconde één meter per seconde sneller of trager te laten bewegen. Met een voorbeeld: om een racewagen van 600 kilo een versnelling van 20m/s2 te geven, heb je een kracht van 600x20 = 12000 N nodig. Hierboven zie je een oude Citroën DS van 1200 kilo. Hij is dubbel zo zwaar en versnelt dus met dezelfde kracht tegen 10m/s2. Snap je?