BioDome.nl - Natuurkunde

Natuurkunde

Doelstelling Gentherapie en Genetische manipulatie

Natuurkunde Het Système International (SI) Druk
Elektriciteit
Automatische Systemen
Kracht, Arbeid en Energie
Verandering van Kracht en Snelheid Trillingen en Tonen

Kracht, arbeid en energie:

Krachten.

Een blokmassa is de model voorstelling, die je van een voorwerp kunt maken als de vorm en de grootte niet van belang zijn, maar de massa wel. Een ander woord ervoor is puntmassa. Alle krachten op een blokmassa hebben hetzelfde aangrijpingspunt.

Eensysteem bestaat uit één of meer voorwerpen, die samen een geheel vormen. Uitwendige krachten zijn krachten die van buiten af op het systeem werken. Inwendige krachten werken op voorwerpen binnen het systeem.

Evenwicht van krachten betekent dat de resulterende kracht op een systeem gelijk is aan nul. Bij een systeem in rust is de resulterende kracht gelijk aan nul.

Een vector(grootheid) is een grootheid waarvan de richting en grootte van belang zijn. Er staat een ® boven het symbool van de grootheid.

Een scalar (scalaire grootheid) heeft alleen een grootte.

Soorten krachten.

Op een voorwerp dat op een ondergrond ligt, werken tenminste twee krachten: de zwaartekracht en de normaalkracht. De zwaartekracht is altijd verticaal naar beneden gericht. De normaal kracht staat altijd loodrecht op de ondergrond.

Een kracht kun je ontbinden in componenten. de resultante van de componenten is de oorspronkelijke kracht.

Je kunt de zwaartekracht op een voorwerp op een helling ontbinden in twee componenten, één loodrecht op en één langs de helling.
Er geldt: F_z,_ll = F_z • sin a
en F_z,_^ = F_z • cos a
Ð a is de hoek die de helling maakt met een horizontaal vlak.

Een kracht op het ene voorwerp wordt altijd uitgeoefend door een ander voorwerp. Bij het tekenen van krachten wordt alleen de kracht getekend op het voorwerp dat we onderzoeken. Veel voorkomende krachten zijn: zwaartekracht, veerkracht, normaalkracht , spierkracht , spandkracht en wrijvingskracht.

Arbeid.

Er wordt arbeid op een voorwerp verricht als een resulterende kracht tijdens de verplaatising van een voorwerp werkt:

W = F_res • s als de vectoren F^® en s^® gelijkgericht zijn.
W = - F_res • s als de vectoren F^® en s^® tegengesteld gericht zijn.

Met	W: de arbeid in N • m
	s: de grootte van de verplaatsing in m
	F_res: de grootte van de tesulterende kracht in N

Arbeid en kinetische energie.

De kinetische energie van een voorwerp is gelijk aan:

E_k = ½ m • v²

Met	m: de massa van het voorwerp in kg
	v: de snelheid van het voorwerp in m/s
	E_k: de kinetische energie in J

Voor alle bewegingen van voorwerpen langs een rechte lijn geldt:

W = DE_k met
W = F_res • s en
DE_k = E_k,na - E_k,voor = ½ m • v₂² - ½ m • v₁²

Als W > 0 dan neemt de kinetische energie toe.
Als W = 0 dan is de kinetische energie constant.
Als W < 0 dan neemt de kinetische energie af.

Arbeid en veerenergie, arbeid en zwaarte-energie

De arbeid die een vervormde veer kan verrichten op een voorwerp is gelijk aan de veerenergie van de veer.

Voor de veerenergie deie een veer bezit, geldt:
E_v = ½ C • u²

Met	C: de veerconstante in N/m
	u: de vervorming in m
	E_v: de veerenergie in J

Een voorwerp bezit zwaarte-energie, als de zwaartekracht op dat voorwerp arbeid kan verrichten; anders gezegd: als de zwaartekracht zijn gang kan gaan.

De arbeid, die de zwaartekracht verricht tijdens het vallen, is gelijk aan de zwaarte-energie, die het voorwerp had voor het vallen. De arbeid die door een hefkracht op een voorwerp verricht wordt tijdens het optillen is gelijk aan de zwaarte-energie die het voorwerp dan gekregen heeft.

De zwaarte-energie E_z van een voorwerp op hoogte h boven de grond is ten opzichte van de grond gelijk aan:

E_z = m • g • h

Met	m: de massa in kg
	g: de zwaartekrachtconstante in Nederland (9,81 N/kg)
	h: de hoogte van het voorwerp ten opzichte van de grond in m
	E_z: de zwaarte-energie in J

Energie bezitten, betekent arbeid kunnen verrichten. Door die arbeid kan de energie in een andere soort omgezet worden en/of kan energie op een ander voorwerp worden overgedragen. Voor energie wordt de eenheid J (joule) gebruikt. Afgesproken is , dat de hoeveelheid energie die tijdens het verrichten van arbeid wordt omgezet, DE, precies even groot is als de arbeid W. Het gevolg van deze afspraak is dat voor de eenheden geldt: 1 J = 1 N • m.

Arbeid in bijzondere situaties.

Als de richting van de resulterende kracht loodrecht staat op de richting van de verplaatsing, dan blijft de kinetische energie constant. Er wordt geen arbeid verricht.

De arbeid verricht door de resulterende kracht op een voorwerp is gelijk aan de som van de hoeveelheden arbeid, verricht door iedere kracht afzonderlijk.

Algemeen geldt voor de totale arbeid op een voorwerp:

W_totaal = F_res • s • cos a

Met	W: de arbeid in N • m of J
	s: de verplaatsing in m
	a: hoek tussen verplaatsing en resulterende kracht
	F_res: de resulterende kracht in N