2 Er zijn veel krachtpatsers in het dagelijks leven.
a Bij welke toepassingen zijn grote krachten aanwezig? Kruis ze allemaal aan. een raket lanceren een spijker in de muur kloppen een cruiseschip dat vaart papier perforeren een auto samenpersen nagellak aanbrengen op een vingernagel
Fig. 1.1
Fig. 1.2
Fig. 1.3
Fig. 1.4
b Noteer zelf nog een paar toepassingen waarbij je een grote kracht nodig hebt.
c In de dierenwereld zijn er sterke en minder sterke soorten. Van de olifant wordt gezegd dat hij het sterkste dier ter wereld is. Een volwassen olifant kan immers tot 9 000 kg massa dragen.
Een mestkever lijkt daarbij een nietig diertje, maar … mestkevers kunnen ongeveer 1 140 keer hun eigen lichaamsmassa tillen.
Zoek nog een voorbeeld van een uitzonderlijk sterk dier dat voor zijn grootte een grote kracht kan ontwikkelen.
d Waarom kunnen deze kleine dieren zo’n grote kracht ontwikkelen in verhouding met hun grootte?
Kracht (F) is een grootheid die gedefinieerd werd door de Engelse natuurkundige Isaac Newton. Hij gaf daarom zijn naam aan de eenheid van kracht: newton (N).
Een kracht kan dus gemeten worden. Daarvoor gebruik je een dynamometer, ook krachtmeter of newtonmeter genoemd.
Hoe je een kracht meet, zoek je in onderzoek 1.
Onderzoek 1
1 Onderzoeksvraag
Stel de onderzoeksvraag op.
2 Hypothese
3 Benodigdheden dynamometer tot 10 N statief
4 Werkwij ze
1 Trek heel lichtjes aan de dynamometer en lees de waarde af.
2 Trek met een flinke kracht aan de dynamometer en lees de waarde opnieuw af.
Fig. 1.5
Fig. 1.6
Fig. 1.7
5 Waarneming
Hoe groot is de kracht bij stap 1?
Hoe groot is de kracht bij stap 2?
6 Besluit
De uitrekking van een veer is een maat voor de grootte van de kracht.
7 Reflectie
a Komt je hypothese overeen met het besluit? Verklaar.
b Hoe harder je aan de veer trekt, hoe groter / kleiner de kracht. Hierdoor is de dynamometer geschikt om krachten te meten.
c Aan de bovenzijde van de dynamometer bevindt zich een schroefje waaraan je kunt draaien. Je gebruikt dit om te ijken
Wat betekent ijken?
d Tijdens een ander onderzoek werden volgende meetresultaten van een dynamometer genoteerd: 1,001 N – 2,412 N – 3,100 N – 4,824 N.
Wat is de kleinste kracht die de dynamometer kan meten?
Interessant om weten
Spierkracht is een kracht die nodig is om het lichaam optimaal te laten werken. Ze neemt af wanneer je ouder wordt, maar je kunt ze opnieuw vergroten dankzij oefening.
Spierkracht kan ook gemeten worden. Hiervoor bestaan verschillende methodes. Eén van de meest gebruikte is de handheld dynamometer. Dit is een apparaatje dat je tegen het been of de arm houdt. Wanneer je tegendruk geeft met je arm of been, meet dit apparaatje (in Newton) hoe krachtig de spieren zijn.
Een kracht (F) is een grootheid. De eenheid voor kracht is newton (N).
Het meettoestel voor krachten is een dynamometer of krachtmeter
Test jezelf: oefeningen 1 en 2
HOE STERK IS EEN OLIFANT?
Een olifant is een heel sterk dier, maar eigenlijk is een kleine mestkever sterker.
Fig. 1.8
2 KRACHTEN EN HUN UITWERKING
Waarom is het dragen van een helm AANGERADEN ALS JE FIETST?
1 Krachten kunnen voorwerpen in beweging brengen.
Met het volgende onderzoek kun je nagaan wat het effect is van een kracht die uitgeoefend wordt op een bal.
Onderzoek 2
1 Onderzoeksvraag
2 Hyp othese
3 Benodigdheden tennisbal of pingpongbal chronometer/smartphone ingesteld als chronometer twee vouwmeters (2 m)
4 Werk wijze
vouwmeter
1 Leg twee vouwmeters evenwijdig naast elkaar zodat je een traject creëert van 2 m waarin de bal kan rollen.
2 Duid een begin- en een eindstreep aan.
3 Leg de bal op de beginstreep en geef er een lichte tik tegen. De tik moet voldoende hard zijn zodat de bal het volledige traject kan afleggen. Start tegelijkertijd de chronometer.
4 Stop de chronometer op het moment dat de bal aan de eindstreep komt. Noteer de tijd in de derde kolom bij de waarnemingen.
5 Herhaal stappen 3 en 4, maar geef nu een iets hardere tik tegen de bal.
6 Herhaal opnieuw stappen 3 en 4, maar geef nu een stevige tik tegen de bal.
5 Waarneming
a Wat gebeurt er als je een tik geeft tegen de bal?
b Welke afstand (het symbool voor afstand is d) heeft de bal in de drie gevallen afgelegd?
2
Fig. 2.2
Fig. 2.1
c Vul de tabel hieronder verder in.
kracht (F)afstand (d) in mtijd (t) in s d (m) t (s)
zachte tik
hardere tik
stevige tik
6 Besluit
7 Reflectie
a Komt je hypothese overeen met het besluit? Verklaar.
b Een zachte tik komt overeen met een kleine / grote kracht en een harde tik komt overeen met een kleine / grote kracht.
c Als je de bal wilt opvangen aan de eindstreep, dan moet je ook een kracht uitoefenen. Hierbij moet je een grotere / kleinere kracht gebruiken als de bal met een harde tik in beweging gebracht is.
Een kracht kan dus een voorwerp in beweging brengen of doen stoppen.
d Waarvoor staat de verhouding d t ? (Kijk vooral naar de eenheid.)
e Wat is het symbool voor die grootheid? Zoek dat eventueel op.
f In welke eenheid drukken we de grootheid uit in het dagelijks leven?
g Bereken de snelheid bij elke meting en noteer ze in kolom 4 van de waarneming.
h Wanneer is de grootheid het grootst bij het experiment en hoe groot is ze dan?
i De bal beweegt sneller als er een kleine / grote kracht op uitgeoefend wordt.
j Welk verband is er tussen m/s en km/h?
k Veronderstel dat de bal een afstand van 6m zou afleggen aan een constante snelheid van 2 m/s Hoeveel tijd heeft de bal nodig om de eindstreep te bereiken?
Algemeen zegt men dat een kracht de bewegingstoestand van een voorwerp kan veranderen. Een kracht kan een voorwerp in beweging brengen of doen stoppen; ze kan een voorwerp sneller laten bewegen of vertragen.
Dat is het dynamisch effect van een kracht. km h 1,0 m s :
2 Tijdens een fietstocht kun je op elk tijdstip je snelheid aflezen op een fietscomputer.
Veronderstel dat je met een constante snelheid rijdt.
Usain Bolt is een voormalige sprinter van Jamaicaanse origine. Al sinds 2009 staat het wereldrecord 100 m sprint op zijn naam. Hij deed dat in slechts 9,58 s.
a Bereken de snelheid van Usain Bolt in m/s en zet daarna om naar km/h.
b Zijn topsnelheid bereikt hij tussen 60 en 80 m. Dan loopt hij met een snelheid van 44,72 km/h. Dat is even snel als een voorbijrazend wielerpeloton in de Ronde van Frankrijk. Bereken de snelheid in m/s.
c Ga op het internet op zoek naar de snelheid van een slechtvalk en van een jachtluipaard. Vergelijk de snelheid van de beide organismen met het wereldrecord van Usain Bolt. Wat stel je vast?
Fig. 2.3
4 Krachten kunnen nog meer.
Dat kun je nagaan met het volgende onderzoek, waarbij we een kracht uitoefenen op een spons.
Onderzoek 3
1 Onderzoeksvraag
Wat gebeurt er met de vorm van een spons als je er een kracht op uitoefent?
2 Hyp othese
3 Benodigdheden spons
4 Werk wijze
1 Knijp voorzichtig in de spons.
2 Knijp de spons stevig samen.
5 Waarneming
a Wat gebeurt er als je zacht in de spons knijpt?
b Hoe is dat als je de spons stevig samen duwt?
6 Besluit
7 Reflectie
a Komt je hypothese overeen met het besluit? Verklaar.
b Hoe groter de kracht op het voorwerp, hoe meer / minder dat voorwerp vervormd wordt. Die vormverandering wordt ook het statisch effect van een kracht genoemd.
De vormverandering kan blijvend (bv. breken van een houten lat) of niet-blijvend zijn (bv. samendrukken van een spons).
c Hoe komt het dat je een spons zo gemakkelijk kunt vervormen?
5 Bij sommige voorwerpen wordt ervoor gezorgd dat ze slechts minimaal kunnen vervormen.
a Een fietshelm is nog niet verplicht voor een gewone fiets, maar is zeker geen overbodige luxe.
Wat is het nut van een fietshelm?
Fig. 2.4
b Waarom moet een fietshelm altijd vervangen worden na een val? Kruis het juiste antwoord aan.
Na een val is de helm niet helemaal rond meer en past hij niet goed.
De krassen aan de buitenkant kun je niet meer herstellen.
Het materiaal is samengedrukt waardoor de veerkracht van de helm verdwijnt.
Na een val zijn er kleine scheurtjes in het materiaal waardoor de helm niet meer veilig is.
Interessant om weten
In een auto zitten er tal van veiligheidsvoorzieningen, waaronder airbags. Als de sensoren van een airbag een ongeval registreren, grijpt er een bijna explosieve chemische reactie plaats. Daarbij blaast de airbag zich op in 0,03 s. Die luchtzak vangt daarna de schok op, zodat de bestuurder minder zware kwetsuren oploopt.
De eerste airbags bevonden zich in het stuur. Tegenwoordig zijn er ook airbags geïnstalleerd voor de passagiers zowel vooraan als achteraan. In de toekomst wil men zelfs motorrijders uitrusten met airbags in hun motorpak. Als ze vallen tijdens een ongeval, blazen de airbags zich op en wordt de motorrijder omringd met luchtzakken tijdens zijn val. Dat zou het aantal zware verwondingen kunnen verminderen. Via het onlinelesmateriaal kun je nog meer te weten komen over de werking van een airbag.
Gebruik al je kennis om een biljartbal met de perfecte kracht aan te stoten.
Uit onderzoek 4 kun je afleiden dat een kracht bepaalde eigenschappen heeft.
Zo heeft een kracht een bepaalde grootte, hij begint op een welbepaalde plaats, hij beweegt volgens een bepaalde richting en de kracht ‘wijst’ ergens naar toe (vooruit/achteruit – links/rechts).
Als je zo’n kracht op een bal zichtbaar wilt maken, moet je de kracht voorstellen. Je maakt dan gebruik van een vectormodel
Op een vector kun je de eigenschappen van een kracht aanduiden.
• aangrijpingspunt (hier begint de pijl);
• richting (rechte waarop de pijl is getekend of in ons voorbeeld de richting van de keu);
• grootte (de lengte van de pijl);
• zin (pijlpunt of in ons voorbeeld rechts naar boven).
a Teken de kracht voor de situatie waarbij je de bal raakt met een kracht van 3 N, in het midden van de bal (1 cm = 1 N).
b De richting is
c De zin is
grootte richting aangrijpingspunt zin
Een kracht heeft een aantal eigenschappen die je kunt voorstellen met een vectormodel: aangrijpingspunt (hier begint de pijl); richting (rechte waarop de pijl is getekend: horizontaal, verticaal, schuin); grootte (de lengte van de pijl); zin (pijlpunt: naar rechts, naar links).
Test jezelf: oefeningen 9, 10 en 11
GEBRUIKT ALLEEN CUPIDO EEN PIJL?
Ingenieurs gebruiken het vectormodel om te verwerken in hun schetsen van constructies. Cupido schiet pijlen af, terwijl ingenieurs ze tekenen.
Fig. 3.2
Fig. 3.3
4 SOORTEN KRACHTEN
HOE KAN EEN BADHANDDOEK KRACHTEN TEGENWERKEN?
1 Er wordt heel wat geduwd en getrokken op een dag!
Je kunt hierbij denken aan een gevechtssport, maar je kunt het ook ruimer bekijken. In de afbeeldingen hieronder zijn er tal van situaties getoond waarbij een duw- of trekkracht uitgeoefend wordt. Schrap het foutieve antwoord.
2 De aarde houdt je met de voetjes op de grond.
Dat komt omdat de zwaartekracht op je werkt, waardoor je aangetrokken wordt naar de aarde.
1 Hang de massa van 100 g aan de dynamometer en lees de grootte van de kracht af.
2 Hang de massa van 500 g aan de dynamometer en lees de grootte van de kracht af.
3 Herhaal stap 1 en lees de grootte van de kracht af, terwijl je van een stoel springt.
4 Herhaal stap 2 en lees de grootte van de kracht af, terwijl je van een stoel springt.
Tip
Zorg ervoor dat het haakje gesloten is, zodat het blokje niet loskomt van de dynamometer terwijl je springt.
5 Waarneming
a Hoe groot is de kracht bij stap 1 (voor het springen)?
b Hoe groot is de kracht bij stap 2 (voor het springen)?
c Hoe groot is de kracht bij stap 3 (tijdens het springen)?
d Hoe groot is de kracht bij stap 4 (tijdens het springen)?
6 Besluit
7 Reflectie
a Komt je hypothese overeen met het besluit? Verklaar.
b Als een voorwerp ondersteund of opgehangen is, heeft het wel / geen gewicht.
Als een voorwerp valt, heeft het wel / geen gewicht. Het is dan gewichtloos.
c Het is helemaal niet eenvoudig om te vertellen wat één newton exact betekent.
Maar het volgende voorbeeld maakt het wel duidelijk.
Als je op je uitgestrekte hand een massa van 100 g legt, voel je een kracht van 1 N.
Als je bv. een glas limonade met een massa van 350 g opheft, hoe groot is dan de kracht die je daarbij uitoefent?
Fig. 4.7
Sommige krachten werken tegen.
Je hebt weleens meegemaakt dat de verharde weg waarop je fietst, overgaat naar een weg die bestaat uit los zand. Plots merk je dat het veel lastiger is om te fietsen.
Of je hebt je misschien al afgevraagd waarom je zo snel glijdt van een waterglijbaan.
Deze ervaringen uit het dagelijks leven kun je verklaren met het onderstaande onderzoek.
Onderzoek 6
1 Onderzoeksvraag
Welke onderzoeksvraag kun je stellen voor dit onderzoek? Kies ze uit de volgende mogelijkheden.
Welke invloed heeft de ondergrond op een horizontale beweging?
Welke invloed heeft de kracht op een horizontale beweging?
Welke invloed heeft snelheid op een horizontale beweging?
Welke invloed heeft de lucht op de horizontale beweging?
2 Hyp othese
3 Benodigdheden tafel
biljartbal (of een bal van dezelfde grootte) grote badhanddoek ronde stok (zie onderzoek 4) twee vouwmeters
4 Werk wijze
1 Ontplooi de twee vouwmeters en leg ze evenwijdig naast elkaar zodat je een traject creëert waarin de bal kan rollen.
2 Leg de bal aan het begin van het traject en stoot hem aan met de stok.
3 Lees de afstand die de bal heeft afgelegd af op een vouwmeter.
4 Leg de badhanddoek onder hetzelfde traject op de tafel.
5 Herhaal stappen 2 en 3.
5 Waarneming
a Hoe ver rolt de bal op de tafel?
b Hoe ver rolt de bal op de badhanddoek?
6 Besluit
7 Reflectie
a Komt je hypothese overeen met het besluit? Verklaar.
b Wat is het verschil tussen de tafel en de badhanddoek als ondergrond?
De kracht die deze beweging tegenwerkt, noem je wrijvingskracht
Fig. 4.8
Interessant om weten
De wrijvingskracht is een vriend en een vijand binnen de autosport. Langs de ene kant worden racewagens zo gebouwd dat ze weinig wrijving ondervinden tijdens het rijden zodat ze hogere snelheden bereiken.
De topsnelheid die ooit bereikt werd met een racewagen is 378 km/h door Valtteri Bottas.
Langs de andere kant is wrijving ook nodig om te kunnen vertrekken en bochten te nemen. Zonder wrijving zou een wagen niet kunnen vertrekken of hij zou uit de bocht vliegen. Ook tijdens het remmen heb je de wrijvingskracht nodig.
Ik kan voorbeelden van zwaartekracht illustreren 20
Ik kan met voorbeelden trek- en duwkrachten onderscheiden 19
Ik kan met voorbeelden het effect van wrijvingskracht concretiseren 21
Denk je dat je alles begrepen hebt in dit thema? Ga dan naar diddit en oefen verder.
TEST JEZELF
1 Geef twee voorbeelden waarbij het meten van krachten heel belangrijk is.
2 Krachten worden gemeten met een dynamometer. Hieronder vind je een reeks van meetresultaten van verschillende dynamometers die dezelfde meting uitgevoerd hebben: 2,4 N – 2,41 N – 2,412 N – 2 N. Welke meting is het meest nauwkeurig?
3 In 2004 stootte de gewichtheffer H. Reza Zadeh 263,5 kg. Hij vestigde daarmee een nieuw wereldrecord, dat tot nu toe standhoudt. Hoeveel kracht oefende hij daarbij uit?
4 Tijdens het wegslaan van een tennisbal treedt er zowel een snelheidsverandering als een vervorming op als gevolg van de kracht op de bal. Is deze uitspraak correct? Leg uit.
5 Iedere zondagochtend wandel je naar de bakker. Dat is een wandeling van 2 000 m. Dit zijn de meetgegevens over jouw wandeling.
0 0,0 / /
200 166,7
400 333,4
600 500,0
800 666,7
1 000 833,5 1
a Bereken in de derde kolom de snelheid waarmee je naar de bakker wandelt. Je mag afronden tot twee cijfers na de komma.
b Zet de snelheid, uitgedrukt in m/s, om naar km/h. Noteer de getalwaarden in de vierde kolom.
Je mag afronden tot twee cijfers na de komma.
c Je kunt het volgende vaststellen over de snelheid tijdens het wandelen:
Je vertraagt tijdens de wandeling.
Je versnelt tijdens de wandeling.
Je versnelt en vertraagt tijdens de wandeling.
Je wandelt aan een constante snelheid tijdens de wandeling.
6 Lena en Leon fietsen naar school. Lena fietst met een snelheid van 18 km/h en Leon aan 6 m/s. Lena is er zeker van dat zij als eerste zal aankomen aan de schoolpoort. Heeft ze gelijk?
7 Je rijdt met je fiets 900 m in 4 minuten. Hoe groot is je snelheid in m/s en in km/h?
8 Als je een beetje tandpasta op je tandenborstel duwt, is er een verandering in de bewegingstoestand en een vormverandering. Leg uit.
9 Als je op de grond staat, werkt de zwaartekracht op je. Wat is de richting en de zin van die kracht? loodrecht naar boven naar boven naar onderen loodrecht naar onderen
10 Als de spuitkoppen van een printer naar rechts en naar links bewegen tijdens het afdrukken, wat wordt er dan voortdurend gewijzigd in de kracht? aangrijpingspunt grootte richting zin
11 Je stoot met een keu horizontaal tegen een biljartbal. Je oefent daarbij een kracht uit van 5 N. Teken die kracht en duid het aangrijpingspunt, de richting, de zin en de grootte aan. (0,5 cm = 1 N)
12 Hoe groot is jouw gewicht tijdens een vrije val bij een parachutesprong?
a Kruis het juiste antwoord aan. hetzelfde als op de grond een beetje minder geen gewicht het dubbele van op de grond
