Embedded Files
"Hoe kan je de beweging van een voorwerp beïnvloeden?"
Deze vraag werd pas in 1687 echt beantwoord door Isaac Newton. Hij publiceerde in dat jaar Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. In dit boek duiken o.a. voor het eerst de 3 wetten van Newton op.
De Principia van Newton was in die tijd zó speciaal dat we 1687 een beetje als het geboortejaar van de fysica mogen beschouwen.
OPDRACHT
Bekijk de Principia van Newton in de Cambridge Digital Library.
Het is een in hoge resolutie gedigitaliseerde versie van Newtons eigen exemplaar van de eerste druk, waarin blanco pagina's zijn ingebonden voor zijn aantekeningen en correcties.
De 1e wet van Newton
De 1e wet van Newton
= DE TRAAGHEIDSWET
De 1e wet van Newton ken je al door alle oefeningen en denkvragen die je hebt gemaakt. Op deze wet is ook de definitie van wat nu precies een kracht is gebaseerd.
De 1e wet van Newton noemen we ook de traagheidswet van Galilei. Galileo Galilei formuleerde ze voor het eerst rond 1610 maar het begrip kracht werd er door Newton aan toegevoegd.
EXPERIMENTEN
We brengen een wagentje waarop een knikker ligt plotseling in beweging.
We zetten een glas op een blad papier en trekken het blad plots weg.
We laten een bewegend wagentje waarop een knikker ligt botsen.
We laten een bewegend wagentje waarop een knikker ligt plotseling een scherpe bocht maken.
We nemen een voorwerpje en laten het vooruit schuiven. Eerst op een tamelijk glad oppervlak, daarna op een ruwer oppervlak.
We laten een wagentje rijden over een horizontale baan. Daarna geven we de baan een kleine (!) helling.
We stellen telkens vast dat een voorwerp dat in rust is, de neiging heeft om ook in rust te blijven. Maar een voorwerp dat in beweging is, zal de neiging hebben te blijven bewegen, rechtdoor en met constante snelheid! En zolang alle krachten elkaar perfect tegenwerken (de nettokracht is dan nul), doet het dat ook!
DE 1e WET VAN NEWTON
(de traagheidswet van Galilei)
Als de nettokracht op een voorwerp nul is, dan
zal het voorwerp in rust blijven als het stilstond.
zal het voorwerp rechtdoor bewegen met een constante snelheid als het in beweging was.
In deze figuur zie je de voornaamste krachten die werken wanneer deze wagen rechtdoor rijdt met een constante snelheid.
Er is geen nettokracht.
OEFENING
Ik zeg: "Die 1e wet van Newton klopt niet want als ik stop met trappen dan val ik stil."
Beoordeel mijn uitspraak.
ANTWOORD
Als ik dit zeg, hou ik geen rekening met de andere krachten die op een fietser werken.
Als ik niet meer trap is de nettokracht op mij niet nul. Ik vertraag door de wrijving en de luchtweerstand.
Als ik met een constante snelheid wil fietsen, moet ik trappen om de wrijving en de luchtweerstand te compenseren zodat de nettokracht wél nul is!
OEFENING
De 1e wet van Newton zegt wat er gebeurt als de nettokracht nul is.
Wat gebeurt er dan als de nettokracht op een voorwerp NIET nul is?
ANTWOORD
Dan gaat dat voorwerp versnellen, vertragen en/of een bocht maken.
OEFENING
Als je een kogel afschiet uit een horizontaal roterend pistool, gaat die kogel dan ook een traject afleggen dat horizontaal afwijkt van een rechte baan?
ANTWOORD
Van zodra die kogel het pistool verlaat, werkt er in het horizontale vlak geen zijwaartse kracht meer op die kogel. Hij wijkt dus NIET horizontaal af.
Verticaal uiteraard wel want de zwaartekracht trekt die kogel naar beneden.
De 2e wet van Newton (light version)
De 2e wet van Newton (light version)
EXPERIMENT
We maken een veer vast aan een wagentje en trekken dat wagentje in beweging.
We gebruiken de vervorming van de veer om in te schatten hoe groot de kracht is die we uitoefenen op het wagentje.
We bekijken hoe de kracht de versnelling beïnvloed. We bekijken of de massa van het wagentje ook een rol speelt.
OEFENING
Als je harder trapt (je oefent een grotere kracht uit), heb je dan meer of minder tijd nodig om je gewenste snelheid te bereiken?
Als je harder remt, heb je dan meer of minder tijd nodig om te stoppen?
Als je iemand achterop neemt (je fietst dus met een grotere massa), heb je dan meer of minder tijd nodig om je gewenste snelheid te bereiken?
Als je iemand achterop neemt, heb je dan meer of minder tijd nodig om tot stilstand te komen?
ANTWOORD
Minder. Hoe meer kracht, hoe groter je versnelling.
Minder. Hoe meer kracht, hoe groter je vertraging.
Meer. Hoe meer massa, hoe moeilijker het is om die massa te versnellen. Je voelt meteen dat dat juist is als je een volgeladen kar in de supermarkt probeert in gang te duwen.
Meer. Hoe meer massa, hoe moeilijker het is om die massa te vertragen. Je voelt meteen dat dat juist is als je een volgeladen kar in de supermarkt probeert te stoppen.
OEFENING
In deze figuren zijn al de zwaartekracht (FZ) en de normaalkracht (FN) getekend.
Teken nu ook de kracht van de fietser (FF) en de tegenwerkende krachten (FW) als ...
de fietser ① met constante snelheid rijdt.
de fietser ② versnelt.
de fietser ③ vertraagt.
DE 2e WET VAN NEWTON (light version)
Als de nettokracht op een voorwerp NIET nul is, dan zal het voorwerp versnellen of vertragen en/of een bocht maken.
Het hangt van de massa van het voorwerp af hoe makkelijk het is om het te versnellen, te vertragen of een bocht te laten maken.
Een nettokracht in de richting van de beweging zorgt voor het vergroten van de snelheid. Je versnelt.
Een nettokracht die de beweging tegenwerkt zorgt voor het verkleinen van de snelheid. Je vertraagt.
Hoe groter de nettokracht, hoe makkelijker het is om snelheid te winnen. (Je zit vlugger aan de gewenste snelheid.)
Hoe groter de nettokracht, hoe makkelijker het is om snelheid te verliezen. (Je bent vlugger gestopt.)
Hoe groter de massa, hoe moeilijker het is om te versnellen, te vertragen en/of een bocht te maken.
OEFENING
Kan je, zoals in de film, met een auto zonder ongelukken in een rijdende vrachwagen parkeren?
ANTWOORD
Ja dat kan! Om in die vrachtwagen te parkeren, moeten de remmen nauwelijks moeite doen aangezien de snelheid van de auto en de vrachtwagen bijna gelijk zijn. De auto moet bijna niet vertragen.
OPDRACHT
Bestudeer de krachten die werken tijdens een parachutesprong met deze heldere uitleg uit het handboek Newton.
De bloedcentrifuge splitst bloed in plasma (de “lichte” bestanddelen) en bloedcellen (de “zware” bestanddelen). Het toestel slingert een staal bloed rond. De vloeistof slaagt er niet in om voldoende kracht uit te oefenen op de bloedcellen om die in een kleine cirkelbaan te houden. De bloedcellen “zakken” dus tot op de bodem van het buisje.
De 3e wet van Newton
De 3e wet van Newton
= DE WET VAN ACTIE EN REACTIE
EXPERIMENT
We maken 2 veren vast aan een wagentje en trekken dat wagentje in beweging.
We gebruiken de vervorming van de veren om in te schatten hoe groot de krachten zijn.
We vergelijken de kracht van veer ① op veer ② en de kracht van veer ② op veer ①.
EXPERIMENT
We laten 2 wagentjes botsen. We leiden uit de veranderingen van beweging af welke krachten hier spelen en hoe groot ze zijn.
MEER EXPERIMENTEN
We leggen een voorwerp op een spons. Wat zie je gebeuren? Wat leid je daaruit af over de krachten die hier spelen?
De spons wordt samengedrukt omdat het voorwerp op de spons drukt. Maar het voorwerp wordt dan weer tegengehouden door de spons want anders zou het voorwerp vallen.
Sta perfect rechtop bij een deur. Duw ze open vlak bij de scharnier zonder voorover te leunen (!). Wat zie en voel je gebeuren? Wat leid je daaruit af over de krachten die hier spelen?
Als je niet vals hebt gespeeld, dan gaat de deur open en val jij achteruit. Jij oefent een kracht uit op de deur waardoor ze opengaat. Maar de deur oefent ook een kracht uit op jou waardoor je achteruit valt.
Sta met 2 personen perfect rechtop tegenover elkaar. Zet je handen tegen de handen van je partner en duw zonder voorover te leunen (!). Wat zie en voel je gebeuren? Wat leid je daaruit af over de krachten die hier spelen?
Normaal gezien valt je partner achteruit en jij ook. Jij oefent een kracht uit op je partner, waardoor die achteruit valt. Maar je partner oefent duidelijk ook een kracht uit op jou waardoor jij achteruit valt.
Schroef vastdraaien met een schroefboormachine? Soms heb je héél veel weerstand. Wat zie je dan gebeuren en vooral, wat voel je?
Als je een schroef indraait, beweegt de kop van de schroefboormachine met de klok mee. Je voelt dat de machine zelf wil gaan draaien tegen de klok in.
Een tennisbal botst tegen de racket. De bal oefent kracht uit op het net en het net vervormt. Het net oefent kracht op de bal. Daardoor vervormt de bal, vertraagt hij, komt tot stilstand en versnelt weer de andere kant op. (Bekijk het in slow motion.)
DE 3e WET VAN NEWTON
Als een voorwerp A een kracht uitoefent op een voorwerp B, dan oefent B een EVEN GROTE en TEGENGESTELDE KRACHT uit op A.
Krachten komen ALTIJD in paren. Voor elke ACTIEKRACHT is er altijd een even grote, tegengestelde REACTIEKRACHT.
OPGELET!
De actiekracht en de reactiekracht zijn even groot maar hebben niet noodzakelijk hetzelfde effect.
Het effect van een kracht hangt immers af van de massa waarop die kracht werkt.
Dit kan er gebeuren als je niet goed oplet in de les fysica.
De wieg van Newton. Waarschijnlijk uitgevonden door Edme Mariotte om de drie wetten van Newton te demonstreren.
Page updated
Report abuse