Kracht en versnelling

Leerdoelen

•Je kunt uitleggen wat versnelling is.

•Je kunt met behulp van krachten uitleggen wanneer een voorwerp versnelt of vertraagt.

•Je kunt de resulterende/nettokracht berekenen met behulp van versnelling en massa.

Wat is versnelling?

Versnelling betekent dat je snelheid verandert. Dit kan op twee manieren:

•Je snelheid wordt groter: je versnelt. Denk aan een sprinter die steeds sneller gaat om te winnen.

•Je snelheid wordt kleiner: je vertraagt. Dit gebeurt bijvoorbeeld als je moet remmen voor een stoplicht.

De grootheid versnelling heeft de afkorting(van het Engelse 'acceleration' of Nederlandse 'acceleratie'). De eenheid van versnelling is meter per seconde kwadraat (m/s²).

Verschillende soorten situaties

Krachten zijn de oorzaak van een verandering in snelheid. We kijken naar drie situaties: versneld, eenparig (constante snelheid) en vertraagd. We gebruiken hiervoor een schildpad als voorbeeld.

Stel, een schildpad wil naar voren bewegen. Hij levert hiervoor een voorwaartse kracht. Helaas wordt hij altijd tegengewerkt, bijvoorbeeld door wrijving met de vloer of door luchtweerstand. Dit noemen we de tegenwerkende kracht.

Als de schildpad versnelt, betekent dit dat zijn voorwaartse kracht groter is dan de tegenwerkende kracht. Er is dan een resulterende kracht(F_{res})(F_{re})(F_{r})(F_{r}e)of nettokracht die dezelfde kant op wijst als de beweging. Deze kracht zorgt ervoor dat de schildpad steeds sneller gaat. Zijn eindsnelheid zal hoger zijn dan zijn beginsnelheid.

Bij een eenparige beweging beweegt de schildpad met een constante snelheid, of staat hij stil. Dit gebeurt wanneer de voorwaartse kracht precies even groot is als de tegenwerkende kracht. Er is dan geen resulterende kracht, dusis. De krachten zijn in evenwicht.

Als de schildpad vertraagt, betekent dit dat de tegenwerkende kracht groter is dan de voorwaartse kracht. De resulterende kracht werkt de beweging tegen. Dit zorgt ervoor dat de schildpad steeds langzamer gaat.

Rekenen aan de resulterende kracht

We kunnen de resulterende krachtook berekenen met behulp van de massavan een voorwerp en de versnelling. De formule hiervoor is:

Hierbij geldt:

•: de resulterende of nettokracht in Newton (N).

•: de massa van het voorwerp in kilogram (kg).

•: de versnelling in meter per seconde kwadraat (m/s²).

Rekenvoorbeeld: de kracht van een auto

Een auto rijdt op de snelweg met een versnelling van2\text{ m/s}^22\text{ m/s}^^22\text{ m/s}^{2}^2. Hij wordt tegengewerkt door een wrijvingskracht van. De auto heeft een massa van. Hoeveel kracht moet de auto zelf leveren om deze versnelling te halen?

Gegeven:

•Versnelling(a):2\text{ m/s}^2(a):2\text{ m/s}^^2(a):2\text{ m/s}^{2}^2(a):2\text{ m/s}^{2}(a):2\text{ m/s}^{2}

•Tegenwerkende kracht

•Massa

Gevraagd:

•Voorwaartse kracht van de auto

Oplossing:

•Stap 1: Bereken de resulterende kracht We gebruiken de formule. F_{res}=900\cdot2=1800\text{ N}F_{res}=900\cdot2=1800F_{res}=900\cdot2=1800F_{res}=900\cdot2=1800F_{res}=900\cdot2=1800F_{res}=900\cdot2=1800F_{res}=900\cdot2=1800F_{res}=900\cdot2=1800F_{res}=900\cdot2=1800F_{res}=900\cdot2=1800F_{res}=900\cdot2=1800F_{res}=900\cdot2=1800F_{res}=900\cdot2=1800F_{res}=900\cdot2=180F_{res}=900\cdot2=18F_{res}=900\cdot2=1F_{res}=900\cdot2=F_{res}=900\cdot2F_{res}=900\cdot2\text{ }F_{res}=900\cdot2\text{ m}F_{res}=900\cdot2\text{ m/}F_{res}=900\cdot2\text{ m/s}F_{res}=900\cdot2\text{ m/s}^F_{res}=900\cdot2\text{ m/s}^{2}F_{res}=900\text{ }\cdot2\text{ m/s}^{2}F_{res}=900\text{ k}\cdot2\text{ m/s}^{2}

•Stap 2: Bereken de voorwaartse krachtvan de auto We weten dat de resulterende kracht het verschil is tussen de voorwaartse kracht en de tegenwerkende kracht. We vullen de bekende waarden in:

De auto moet dusleveren om een versnelling van2\text{ m/s}^22\text{ m/s}^^22\text{ m/s}^{2}^2te halen, rekening houdend met de tegenwerkende wrijvingskracht.

Waarom gebruiken we een parachute?

Wanneer je uit een vliegtuig springt, word je naar beneden getrokken door de zwaartekracht. Dit is een grote kracht. Zonder parachute zou je blijven versnellen, omdat de luchtweerstand (een tegenwerkende kracht) in het begin veel kleiner is dan de zwaartekracht. Je zou dan met een enorme snelheid op de grond terechtkomen, wat niet veilig is.

Een parachute zorgt voor een heel grote tegenwerkende kracht, namelijk extra veel luchtweerstand. Deze luchtweerstand wordt zo groot dat hij groter is dan de zwaartekracht. Hierdoor wordt de resulterende kracht negatief (omhoog gericht), en vertraag je.