Hoe lees ik een krachtmeter af?

Het aflezen van een krachtmeter vereist aandacht voor de maximale waarde en de schaalverdeling. Om de waarde per streepje te bepalen, deel je het verschil tussen twee bekende waarden (bijvoorbeeld 0 N en 5 N) door het aantal gelijke stukjes daartussen. Als er bijvoorbeeld 9 streepjes tussen 0 N en 5 N zitten, zijn er 10 gelijke stukjes, en is elk stukje 0,5 N waard. Kleinere streepjes tussen grotere markeringen vereisen een verdere onderverdeling. Als tussen 0,5 N en 1 N vier kleine streepjes zitten, verdeelt dit de 0,5 N in vijf gelijke stukjes, waardoor elk klein streepje 0,1 N waard is. Let ook op de eenheid; 'kN' staat voor kilonewton, waarbij 1 kN gelijk is aan 1000 N.

Bij een voorwerp in water, zoals een waterpolobal die omhoog wil bewegen, werken verschillende krachten:

• Opwaartse kracht: Duwt het voorwerp omhoog.
• Zwaartekracht: Trekt het voorwerp naar beneden.
• Wrijvingskracht/weerstand: Werkt tegen de beweging in. Als de bal omhoog wil, werkt deze kracht naar beneden.

Als een voorwerp "wil omhoog bewegen", betekent dit dat de nettokracht op het voorwerp omhoog gericht is. Dit houdt in dat de som van de krachten die omhoog werken groter is dan de som van de krachten die omlaag werken. In dit geval is de opwaartse kracht dus groter dan de zwaartekracht plus de wrijvingskracht.

Voor berekeningen met veren is de veerconstante ($C$) een belangrijke eigenschap die aangeeft hoe stug een veer is. De eenheid is Newton per meter (N/m). De veerconstante kan berekend worden met de formule:

$C = \frac{F}{u}$

Hierbij is:

• $C$ de veerconstante in N/m.
• $F$ de kracht in Newton (N) die op de veer werkt.
• $u$ de uitrekking of indrukking van de veer in meters (m).

Het is cruciaal om met consistente eenheden te werken. Massa moet in kilogram (kg) zijn en lengtes in meters (m) om de veerconstante in N/m te krijgen.

Voorbeeld van het berekenen van de veerconstante en de lengte van een veer: Stel, een veer is 20 cm lang zonder kracht (de nulstand). Wanneer er een kracht van 2,0 N op wordt uitgeoefend, is de veer 25,0 cm lang.

1. Bereken de uitrekking ($u$): De uitrekking is het verschil tussen de lengte met kracht en de nulstand: $u = 25,0 \text{ cm} - 20 \text{ cm} = 5 \text{ cm}$ Zet de uitrekking om naar meters: $u = 5 \text{ cm} = 0,05 \text{ m}$

2. Bereken de veerconstante ($C$): Gebruik de formule $C = \frac{F}{u}$: $C = \frac{2,0 \text{ N}}{0,05 \text{ m}} = 40 \text{ N/m}$

Stel nu dat je wilt weten hoe lang deze veer wordt als er een massa van 600 g aan hangt.

1. Zet de massa om naar kilogram: $m = 600 \text{ g} = 0,600 \text{ kg}$

2. Bereken de zwaartekracht ($F_z$) die op de veer werkt: Gebruik de formule $F_z = m \cdot g$, waarbij $g$ de valversnelling is (ongeveer 9,8 N/kg op aarde): $F_z = 0,600 \text{ kg} \cdot 9,8 \text{ N/kg} = 5,88 \text{ N}$ Deze kracht is de $F$ in de veerformule.

3. Bereken de uitrekking ($u$) van de veer: Gebruik de omgebouwde formule $u = \frac{F}{C}$: $u = \frac{5,88 \text{ N}}{40 \text{ N/m}} = 0,147 \text{ m}$

4. Bereken de totale lengte van de veer: Tel de uitrekking op bij de nulstand van de veer. Zorg ervoor dat beide waarden in dezelfde eenheid staan. De nulstand was 20 cm, wat 0,20 m is. Totale lengte = Nulstand + Uitrekking Totale lengte = $0,20 \text{ m} + 0,147 \text{ m} = 0,347 \text{ m}$

Een grafiek van de meetwaarden van een veer (uitrekking op de y-as en kracht op de x-as) toont een lineair verband, zolang de veer niet overbelast wordt. De schaalverdeling van de assen moet zo gekozen worden dat alle meetpunten duidelijk zichtbaar zijn.