Evenwicht

Leerdoelen

•Je kunt met behulp van krachten uitleggen wanneer een voorwerp in evenwicht is.

•Je kunt krachten op een voorwerp correct tekenen, inclusief grootte, richting en aangrijpingspunt.

•Je kunt de nettokracht op een voorwerp berekenen door de som van de krachten te bepalen.

Wat zijn krachten?

Krachten zijn overal om ons heen en zorgen ervoor dat voorwerpen bewegen, van vorm veranderen of juist stilstaan. Krachten tekenen we als een pijl. Deze pijl heeft een rechte lijn en een gesloten of open pijlpunt. Ook heeft de pijl een beginpunt, ook wel het aangrijpingspunt genoemd. Dit beginpunt kun je tekenen als een bolletje of stipje, maar dat hoeft niet altijd. Het begin van de pijl is dan het aangrijpingspunt.

Bij het tekenen van een kracht zijn er twee belangrijke eigenschappen:

•Grootte: De lengte van de pijl geeft de grootte van de kracht weer. Een langere pijl betekent een grotere kracht, een kortere pijl een kleinere kracht. Dit kun je ook op schaal tekenen.

•Richting: De richting waarin de pijl wijst, geeft de richting aan waarin de kracht werkt. Als de pijl naar rechts wijst, werkt de kracht naar rechts. Wijst de pijl naar links, dan werkt de kracht naar links.

Namen van krachten

Alle krachten hebben een naam. Om duidelijk te maken welke pijl welke kracht voorstelt, schrijven we de naam van de kracht vaak bij de pijl. Enkele voorbeelden van krachten zijn:

•Zwaartekracht: De kracht die een voorwerp naar beneden trekt.

•Motorkracht: De kracht die een motor levert om iets te bewegen.

•Wrijvingskracht: Een tegenwerkende kracht die ontstaat bij contact tussen oppervlakken.

•Spankracht: De kracht in een touw of kabel wanneer eraan getrokken wordt.

•Normaalkracht: De kracht die een oppervlak teruglevert, bijvoorbeeld de kracht van een stoel die jou omhoog duwt.

Wat is evenwicht?

Een voorwerp is in evenwicht wanneer de krachten die erop werken elkaar precies opheffen. Dit betekent dat:

•De krachten naar links even groot zijn als de krachten naar rechts.

•De krachten omhoog even groot zijn als de krachten naar beneden.

Als een voorwerp in evenwicht is, is de nettokrachten zal het voorwerp niet van snelheid of richting veranderen. Het blijft stilstaan of beweegt met een constante snelheid.

Wat is nettokracht?

Als de krachten op een voorwerp niet in evenwicht zijn, is er sprake van een nettokracht. Dit betekent dat de ene kracht groter is dan de andere, waardoor het voorwerp zal versnellen, vertragen of van richting zal veranderen.

Nettokracht berekenen

Het is belangrijk om de nettokracht in verschillende richtingen apart te berekenen. Je mag krachten die opzij werken niet zomaar samenvoegen met krachten die omhoog of omlaag werken.

Voor de nettokracht opzij neem je alleen de pijlen mee die naar links en naar rechts wijzen. Je berekent dit met een plus- en minsom:

•Positieve krachten (+): krachten die naar rechts gaan.

•Negatieve krachten (-): krachten die naar links gaan.

Voor de nettokracht omhoog/omlaag neem je alleen de pijlen mee die omhoog en omlaag wijzen. Ook dit bereken je met een plus- en minsom:

•Positieve krachten (+): krachten die omhoog gaan.

•Negatieve krachten (-): krachten die naar beneden gaan.

Rekenvoorbeeld: touwtrekken

Er is een wedstrijd touwtrekken. Aan de linkerkant staat team A en zij trekken samen met een kracht van. Aan de rechterkant staat team B. De eerste persoon van team B trekt meten de tweede persoon met. Welk team wint?

We geven de krachten namen en bepalen hun teken (+ of -) op basis van de richting:

•(team A, naar links):

•(team B, persoon 1, naar rechts):

•(team B, persoon 2, naar rechts):

Het is geen officiële regel welke kant plus of min is, zolang je maar tegengestelde richtingen een ander teken geeft. Wij hanteren hier de conventie dat rechts positief is en links negatief.

We willen de nettokracht(F_{netto})(F_{nett})(F_{net})(F_{ne})(F_{n})weten. Dit is de som van alle krachten:

De berekende nettokracht is. Dit is een positief getal. Omdat we krachten naar rechts als positief hebben gedefinieerd, betekent dit dat de totale kracht naar rechts groter was. Het touw zal dus naar rechts bewegen en team B wint de wedstrijd. Zij hebben samen een grotere kracht geleverd dan team A.

Waarom zak je niet door een stoel?

Wanneer je op een stoel zit, werkt jouw zwaartekracht(F_{z})(F)naar beneden. De stoel oefent echter een even grote kracht uit in de tegenovergestelde richting, namelijk omhoog. Deze kracht noemen we de normaalkracht.

Omdat de zwaartekracht en de normaalkracht even groot zijn en in tegengestelde richtingen werken, heffen ze elkaar precies op. De nettokracht is dan. Hierdoor ben je in evenwicht en zak je niet door de stoel heen.