by Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 2 Deel 1 Hoofdstuk 4 Blz 106 t/m 113
De Engelsman Newton formuleerde een viertal wetten op het gebied van de mechanica. Zo kennen wij de:
-Eerste wet van Newton: De traagheidswet;
-Tweede wet: kracht= massa x versnelling: F=m x a;
-Derde wet: Actie=reactie;
-Vierde wet: de Gravitatie wet.
De 1ste wet van Newton
Er bestaat een bekende truc waarbij een tafelkleed heel snel onder een servies wordt weggetrokken. Deze truc geeft precies aan wat de eerste wet van Newton betekent. Door het tafelkleed heel snel weg te trekken, krijgt het servies niet de tijd om mee te bewegen.
Het servies is te Traag. Voer deze proef zelf eens uit met een aantal gestapelde sjoelschijven. Sla hiertoe met een liniaaltje heel snel de onderste schijf hard weg. Je zult zien dat het stapeltje niet mee weggeslagen wordt!
Materie verzet zich dus tegen een toestandsverandering. Naarmate de massa groter wordt, neemt het verzet tegen een bewegingsverandering toe. De Traagheid neemt toe. Kennelijk is Massa traag.
Massa is traag!
Nu weten wij dat voor een bewegingsverandering een kracht nodig is. Een voorwerp gaat immers niet uit zichzelf bewegen of versnellen. Dit houdt in dat als er geen krachten op een voorwerp werken, het voorwerp zal volharden in zijn bewegingstoestand.
Het blijft in rust of eenparig langs een rechte lijn bewegen.Ook als alle op het voorwerp werkende krachten elkaar opheffen, zal er geen bewegingsverandering optreden. De netto-kracht is dan gelijk aan 0 N. Samengevat luidt de Traagheidswet of de Eerste wet van Newton:
Een voorwerp waarop geen netto-kracht wordt uitgeoefend, is in rust, of beweegt langs een rechte lijn.
De 2de wet van Newton
Dit is wellicht de bekendste wet uit de hele natuurkunde: kracht is gelijk aan massa maal versnelling: F=m x a. Waar komt die wet vandaan? Antwoord: hij is aan de hand van experimenten vastgesteld.
wordt op een massa van 20 kg een kracht van 10 N uitgeoefend, dan krijgt de massa een versnelling van 0,5 m/s2 in de richting van de uitgeoefende kracht. Wordt de kracht verdubbeld, dan verdubbelt ook de versnelling.
De versnelling is recht evenredig met de uitgeoefende kracht.
Reken voorbeeld 2de wet
Een massa van 25 kg beweegt op het tijdstip t=0,0s met een constante snelheid van 6,0 m/s op een horizontaal vlak. Op massa wordt gedurende 5,0 s een horizontale kracht uitgeoefend van 75 N.
Bereken:
a. De versnelling die de massa krijgt.
b. De snelheid op het tijdstip t=12 s.
c. Stel dat de massa in rust verkeerde, wat zou dan de versnelling geweest zijn?
Uitwerking:
a. F=m x a –> 75=25xa –> a= 3,0 m/s2 omdat 75 delen door 25= 3
b. v(t)= v (0) + a x t –> v(5)= 3,0 x 5,0 + 6,0 –> V(5) = 21 m/s
Na 5 seconde vervalt de kracht. Dat betekent dat vanaf dat tijdstip de bewegingstoestand onveranderd blijft. Daarom is op tijdstip t=12 s de snelheid nog steeds 21 m/s.
c. De versnelling is onafhankelijk van de bewegingstoestand. Ook in deze situatie krijgt de massa en versnelling van 3,0 m/s2 .
De 3de wet van Newton
De wet, actie=reactie, wordt door velen niet opgemerkt. Het is Newton geweest die als eerste concludeerde dat een kracht nooit alleen voorkomt. er is altijd een 2de kracht, tegengesteld gericht aan de eerste kracht. We kunnen veel voorbeelden geven om dit te illustreren:
- Een tafel oefent een kracht uit op een mand met hyacinten, omdat de mand een kracht uitoefent op de tafel. Dit verklaart waarom de mand niet door de tafel zakt.
- Een tuindraad wordt verankerd in de grond. De trekspanning in de tuindraad veroorzaakt een kracht op de verankering in de grond. De grond oefent op zijn beurt een kracht uit op de tuindraad.
- Een kanon oefent een kracht uit op de kogel, de kogel oefent een kracht uit op het kanon, dat is de zogenaamde terugslag
Een kracht komt nooit alleen voor, er is altijd een tegenkracht (de reactiekracht) Actie=Reactie!
Bewegend voorbeeld 3de wet
Hieronder in de afbeelding is een bewegend voorbeeld te zien van de 3de wet van Newton. Doordat de ene bal tegen de andere aantikt krijg je een reactie die voorkomt uit de actie van de bal.
De 4de wet van Newton
Deze wet staat ook bekend als de gravitatiewet van Newton. Gravitatie, of zwaartekracht, ervaren wij allemaal. Daarom is het zo vermoeiend om bijvoorbeeld in een touw te klimmen. Het komt er op neer dat 2 massa’s elkaar aantrekken.
De grootte van de kracht is evenredig met het kwadraat van de onderlinge afstand. Zo trekken 2 biljartballen elkaar aan. Deze kracht is echter zo klein dat ze niet naar elkaar toe bewegen.
Vervangen wij de ene biljartbal door een wat zwaardere bal, bijvoorbeeld de aarde, dan is de gravitatiekracht groot genoeg om de biljartbal aan te trekken. Bij loslaten valt hij gegarandeerd naar de aarde!
Voorwerpen vallen naar de aarde ten gevolge van zwaartekracht; zij verkrijgen alle dezelfde valversnelling
Formule vormen 4de wet van Newton
Symbool: Fz
Eenheid: N (Newton)
In formule: Fz=m x g
De grootte van de valversnelling nabij het aardoppervlak volgt uit de formule voor de gravitatie tussen twee massa’s, deze is weergegeven in onderstaande afbeelding.
Op aarde is Fg gelijk aan m1 x g =Fz. De massa M2 is de massa M van de aarde. Uit onderstaande afbeelding volgt dat de valversnelling onafhankelijk is van de massa van het voorwerp.
Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 2 Deel 1 Hoofdstuk 4 Blz 106 t/m 113
2 Comments