Een vliegtuig wordt vanaf het dek van een vliegdekschip gelanceerd met behulp van een katapult. De trekkracht van de katapult verricht arbeid en de kinetische energie van het vliegtuig neemt toe. Wat is het verband tussen arbeid en kinetische energie?
Figuur 8.14
8.2
Arbeid en kinetische energie
Arbeid en verandering van snelheid Volgens de eerste wet van Newton verandert de snelheid van een voorwerp als er een resulterende kracht op werkt. Is de richting van de resulterende kracht gelijk aan de richting van de verplaatsing, dan versnelt het voorwerp. Is de richting tegengesteld, dan vertraagt het voorwerp. Als een kracht een component in de bewegingsrichting heeft, verricht die kracht arbeid. Bij positieve arbeid is de richting van deze krachtcomponent gelijk aan die van de verplaatsing. Dus bij positieve arbeid versnelt het voorwerp. Bij negatieve arbeid is de richting van de krachtcomponent tegengesteld aan de richting van de verplaatsing. In dat geval vertraagt het voorwerp. De verrichte arbeid hangt dus samen met de verandering van de grootte van de snelheid. Als de arbeid verricht door een kracht nul is, staat deze kracht loodrecht op de bewegingsrichting. In dat geval kan wel de richting van de snelheid veranderen, maar niet de grootte. Als er meerdere krachten op een voorwerp werken, bepaal je de resulterende kracht en vervolgens de component daarvan in de bewegingsrichting. Die component is gelijk aan de som van de componenten in de bewegingsrichting van de samenstellende krachten. Voor de totale arbeid geldt dan: Wtot = Fres,x ⋅ s = (F1,x + F2,x + …) ⋅ s = F1,x ⋅ s + F2,x ⋅ s + … = ∑W De totale arbeid is dus gelijk aan de som van de arbeid verricht door de afzonderlijke krachten. Is die totale arbeid 0, dan verandert de grootte van de snelheid van het voorwerp niet. Dit komt overeen met de eerste wet van Newton.
Arbeid en energie
19
