Kracht en beweging: krachten, snelheid, hefbomen en druk
Kracht en beweging gaat over het verklaren en berekenen van bewegingen met krachten, snelheid, momenten en druk. Het examen vraagt vaak om een krachtenevenwicht, een gemiddelde snelheid of een hefboom in evenwicht.
Krachten
Een kracht teken je als pijl: aangrijpingspunt, richting en grootte. Zwaartekracht Fz = m × g; op aarde is g ≈ 9,8 N/kg (vaak wordt 10 gebruikt). De eenheid is newton (N). Gelijk gerichte krachten tel je op, tegengestelde trek je af. Bij een constante snelheid zijn de krachten in evenwicht (resultante 0). Bij versnellen of afremmen is de resultante niet nul. Wrijving werkt tegen de beweging in.
Snelheid
Snelheid v = s/t; s in m en t in s geeft m/s; s in km en t in h geeft km/h. Omrekenen: m/s × 3,6 = km/h; km/h ÷ 3,6 = m/s. De gemiddelde snelheid over een rit is totale afstand / totale tijd. In een afstand-tijdgrafiek is de steilheid de snelheid; een horizontale lijn betekent stilstaan.
Hefbomen
Moment M = F × d, met d de arm: de loodrechte afstand van het draaipunt tot de krachtlijn. In evenwicht is de som van de momenten links gelijk aan de som van de momenten rechts. Een grotere arm betekent minder kracht nodig. Bij een hefboom met het draaipunt in het midden geldt F1 × d1 = F2 × d2.
Druk
Druk p = F/A; eenheid pascal (Pa) = N/m². Een grotere kracht of een kleiner oppervlak geeft meer druk. Een scherp mes heeft een klein oppervlak en dus een hoge druk. De druk in een vloeistof neemt toe met de diepte; een voorwerp zweeft als de dichtheid kleiner is dan die van de vloeistof.
Werkvoorbeeld
Een wip: een kind van 300 N zit 0,5 m van het draaipunt. Waar moet een kind van 150 N zitten? Moment links = 300 × 0,5 = 150 N·m. Rechts: 150 × d = 150, dus d = 1,0 m. Het lichtere kind zit dus twee keer zo ver van het draaipunt.
Valkuilen
Je gebruikt bij een hefboom de schuine afstand in plaats van de loodrechte arm. Je rekent 36 km/h om naar 36 m/s; dat is 10 m/s. Je zegt dat bij constante snelheid de voorwaartse kracht groter is dan de wrijving. Je verwart massa (kg) met gewicht (N).