Wat zijn de begrippen en formules van beweging en kracht?

De studie van beweging en kracht is een fundamenteel onderdeel van de natuurkunde. Hieronder vind je een overzicht van de belangrijkste begrippen en formules die hierbij horen.

Begrippen bij Kracht

• Kracht (F): Kracht is een invloed die de beweging of vorm van een voorwerp kan veranderen. Je kunt kracht niet zien, maar wel de effecten ervan waarnemen en meten.
• Eenheid van kracht: De eenheid van kracht is Newton (N), vernoemd naar Isaac Newton. Eén Newton is ongeveer de kracht waarmee de aarde aan een voorwerp van 100 gram trekt.
• Vector: Kracht is een vectorgrootheid, wat betekent dat het zowel een grootte als een richting heeft. Je tekent een kracht als een pijl.
  • Aangrijpingspunt: Het punt waar de kracht op het voorwerp werkt.
  • Richting: De kant waar de kracht op werkt.
  • Grootte: Hoe sterk de kracht is, aangegeven door de lengte van de pijl (volgens een krachtenschaal).
• Krachtenschaal: Een schaal die je gebruikt om krachten op papier te tekenen, bijvoorbeeld 1 centimeter op je tekening staat voor 10 Newton in werkelijkheid.

Soorten Krachten

• Spierkracht ($F_{SP}$): De kracht die spieren uitoefenen.
• Zwaartekracht: De aantrekkingskracht die een hemellichaam (zoals de aarde) uitoefent op voorwerpen met massa.
• Gravitatiekracht: De algemene aantrekkingskracht tussen twee voorwerpen met massa, zoals de aarde en de zon.

Krachten Samenstellen (Resulterende Kracht)

• Resulterende kracht ($F_{res}$): Als er meerdere krachten op een voorwerp werken, kun je deze krachten bij elkaar optellen om de totale kracht te bepalen. Dit is de resulterende kracht.
• Als de resulterende kracht nul is, beweegt het voorwerp niet, of blijft het met een constante snelheid in een rechte lijn bewegen.

Begrippen bij Beweging

• Eenparige cirkelbeweging: Een beweging waarbij een voorwerp met een constante snelheid in een cirkelbaan beweegt.
  • Baansnelheid (v): De snelheid waarmee het voorwerp langs de cirkelbaan beweegt.
  • Omlooptijd (T): De tijd die nodig is om precies één volledige cirkel te doorlopen.
  • Baanstraal (R): De afstand van het middelpunt van de cirkel tot het voorwerp.
• Middelpuntzoekende kracht: De kracht die ervoor zorgt dat een voorwerp in een cirkelbaan blijft bewegen en niet rechtdoor schiet.
• Eenparig versnelde beweging: Een beweging waarbij de snelheid van een voorwerp constant toeneemt.
• Rechtlijnige beweging: Een beweging die in een rechte lijn plaatsvindt.
• Vrijval: De beweging van een voorwerp dat alleen onder invloed staat van de zwaartekracht, zonder significante luchtwrijving. De versnelling is dan onafhankelijk van de massa van het voorwerp.
• Diagrammen: Bewegingen kunnen worden weergegeven in:
  • x-t diagrammen: Grafieken die de plaats (x) van een voorwerp uitzetten tegen de tijd (t).
  • v-t diagrammen: Grafieken die de snelheid (v) van een voorwerp uitzetten tegen de tijd (t).

Formules bij Kracht en Beweging

1. Zwaartekracht ($F_Z$) De zwaartekracht is de kracht waarmee de aarde aan een voorwerp trekt.

   • Formule: $F_Z = m \times g$
   • Hierin is:
     • $F_Z$ de zwaartekracht in Newton (N).
     • $m$ de massa van het voorwerp in kilogram (kg).
     • $g$ de valversnelling in meter per seconde kwadraat ($m/s^2$). Op aarde is $g$ ongeveer $9,81 m/s^2$.
   • Voorbeeld: Een appel heeft een massa van 0,15 kg. De zwaartekracht op de appel is $F_Z = 0,15 \text{ kg} \times 9,81 \text{ m/s}^2 \approx 1,47 \text{ N}$.

2. Veerkracht ($F_V$) De veerkracht is de kracht die een veer uitoefent als je hem uitrekt of indrukt.

   • Formule: $F_V = C \times u$
   • Hierin is:
     • $F_V$ de veerkracht in Newton (N).
     • $C$ de veerconstante in Newton per meter (N/m). Dit getal geeft aan hoe stug of slap een veer is.
     • $u$ de uitrekking (of indrukking) van de veer in meter (m).
   • Voorbeeld: Een veer met een veerconstante van $200 \text{ N/m}$ wordt 0,05 m uitgerekt. De veerkracht is $F_V = 200 \text{ N/m} \times 0,05 \text{ m} = 10 \text{ N}$.

3. Resulterende kracht ($F_{res}$) en versnelling (Tweede Wet van Newton) Als er een resulterende kracht op een voorwerp werkt, gaat het voorwerp versnellen (of vertragen).

   • Formule: $F_{res} = m \times a$
   • Hierin is:
     • $F_{res}$ de resulterende kracht in Newton (N).
     • $m$ de massa van het voorwerp in kilogram (kg).
     • $a$ de versnelling in meter per seconde kwadraat ($m/s^2$).
   • Voorbeeld: Een auto met een massa van 1200 kg ondervindt een resulterende kracht van 3600 N. De versnelling van de auto is $a = F_{res} / m = 3600 \text{ N} / 1200 \text{ kg} = 3 \text{ m/s}^2$.

4. Afstand, snelheid en tijd bij eenparige beweging Bij een eenparige beweging (constante snelheid) kun je de afstand, snelheid en tijd berekenen.

   • Formule: $s = v \times t$
   • Hierin is:
     • $s$ de afgelegde afstand (verplaatsing) in meter (m).
     • $v$ de snelheid in meter per seconde (m/s).
     • $t$ de tijd in seconde (s).
   • Voorbeeld: Een fietser rijdt met een constante snelheid van $5 \text{ m/s}$ gedurende 60 seconden. De afgelegde afstand is $s = 5 \text{ m/s} \times 60 \text{ s} = 300 \text{ m}$.

5. Baansnelheid bij eenparige cirkelbeweging De snelheid waarmee een voorwerp in een cirkel beweegt.

   • Formule: $v = \frac{2 \times \pi \times R}{T}$
   • Hierin is:
     • $v$ de baansnelheid in meter per seconde (m/s).
     • $\pi$ (pi) is een vast getal, ongeveer $3,14$.
     • $R$ de baanstraal (de afstand van het middelpunt tot het voorwerp) in meter (m).
     • $T$ de omlooptijd (de tijd voor één rondje) in seconde (s).
   • Voorbeeld: Een voorwerp beweegt in een cirkel met een straal van 0,5 m en doet er 2 seconden over om één rondje te maken. De baansnelheid is $v = \frac{2 \times 3,14 \times 0,5 \text{ m}}{2 \text{ s}} \approx 1,57 \text{ m/s}$.