MET VOLLE KRACHT VOORUIT KRACHT, ENERGIE EN VERMOGEN

Transcriptie

1 MET VOLLE KRACHT VOORUIT Pr oe f er si e KRACHT, ENERGIE EN VERMOGEN

2 HOOFDSTUK 1 KRACHTEN 1.1 Uitwerking n een krcht p Meten n een krcht p Kenmerken n een krcht p Meerdere krchten op een oorwerp p 8 HOOFDSTUK 2 ZWAARTEKRACHT 2.1 Zwrtekrcht is oerl p Kenmerken n de zwrtekrcht p Verbnd tussen mss en zwrtekrcht p 15 CHECK IN Voer uit. HOOFDSTUK 3 BEWEGING EN KRACHTEN 3.1 Rust en beweging p Snelheid p De eenprig rechtlijnige beweging (ERB) p Snelheid ls ector p Verndering n de bewegingstoestnd n een oorwerp p Resulterende krcht en beweging p De eenprig cirkelormige beweging (ECB) p 34 HOOFDSTUK 4 ENERGIE EN VERMOGEN 4.1 Energie p Vermogen p Verbnd ermogen - erbruikte energie p 46 Proefersie G met je tenen tegen de muur stn. Zet twee oetstppen nr chteren. Plts je oeten nst elkr met de hielen op de grond. Plts een oorwerp tegen de muur. Buig ooroer en plts je hoofd tegen de muur. Til het oorwerp met 2 hnden op en probeer recht te komen zonder je hielen op te heffen. Vergelijk het resultt oor een jongen en een NAWE_A_02_02_004@ Je bent nu ingecheckt. Wnneer je uitcheckt op het einde n dit them, kun je de juiste erklring geen. 2 Krcht, energie en ermogen

3 HOOFDSTUK 1 KRACHTEN Uitwerking n een krcht Neem een bld ppier. Mk er een zo klein mogelijke prop n. Hoe kom je tot die kleine prop? er si e Het bld ppier erormt. Dt is het sttisch effect n een krcht. Een krcht kn ook een dynmisch effect hebben. Zo kunnen oorwerpen sneller of trger bewegen, tot stilstnd komen of n richting ernderen. Oefen een dynmisch effect uit op de prop ppier. Noteer wt je gedn hebt. oe f b Noteer welke krchten werkzm zijn (1). Kies uit: eerkrcht, spierkrcht, windkrcht, zwrtekrcht, elektrische krcht, cohesiekrcht, mgneetkrcht en elektrosttische krcht. Noteer het meest opllende effect dt de uitwerking n de krcht heeft (2). Pr HOOFDSTUK 1 - KRACHTEN 3

4 oe f er si e 1 Pr Een krcht is een uitwendige oorzk die de orm of de bewegingstoestnd n een oorwerp kn ernderen. Wnneer het oorwerp n orm erndert, spreek je n een sttisch effect n de krcht. Wnneer de bewegingstoestnd n het oorwerp erndert, spreek je n een dynmisch effect n de krcht. c Vul n. D = dynmisch effect S = sttisch effect oorbeeld Een keeper stopt een bl. Je ertrgt bij het fietsen ls je ophoudt met trppen. Je slpt op een luchtmtrs, die drdoor ingedrukt wordt. De wind blst de blderen n de bomen. Je houdt een eer ingedrukt. Een utowrk is erormd tot schroot. Regendruppels llen nr beneden. 4 Krcht, energie en ermogen effect n de krcht

5 d Bij een keihrde slg n een tennisster is er n enkel een sttische uitwerking n een krcht. n enkel een dynmische uitwerking n een krcht. n zowel een sttische ls een dynmische uitwerking n een krcht. n Geen n boenstnde ntwoorden is juist. Zowel bij de mgneet ls bij de rde is er een krcht werkzm zonder dt er contct is tussen de oorwerpen. Dergelijke krchten zijn eldkrchten. Schop je tegen een oetbl, dn mk je wel contct met het oorwerp. De spierkrcht n je oet zorgt eroor dt de bl ooruitliegt. Dergelijke krchten zijn contctkrchten. Veldkrchten werken op fstnd. Contctkrchten zijn enkel werkzm ls er contct is tussen de oorwerpen. 1.2 Meten n een krcht Een krcht stel je oor door het symbool F (Force). De grootte n een krcht F meet je met een dynmometer of een krchtsensor. Krchtsensor In welke eenheid wordt krcht uitgedrukt? Dynmometer Proefersie Een krcht n 1 N is ongeeer de krcht die je oelt wnneer je een kiwi in je hnd houdt. De grootte n een krcht F meet je met een dynmometer of een krchtsensor. De eenheid n krcht is de newton (N). HOOFDSTUK 1 - Krchten 5

6 1.3 Kenmerken n een krcht Een krcht wordt olledig bepld door ier kenmerken. A B C De richting = de rechte wrlngs de krcht werkt. Die kn horizontl, erticl of schuin zijn. Hier is de richting De zin = nr omhoog, nr omlg, rechtsboen, linksonder De zin wordt ngeduid door een pijlpunt. Hier is de zin Het ngrijpingspunt = het punt wr de krcht ngrijpt. Hier is het ngrijpingspunt De grootte = een mt oor de uitwerking n de krcht. Ze wordt ngegeen door de lengte n de pijl (tot en met de pijlpunt). De grootte hngt in dit gel f n de spierkrcht die op de bl wordt uitgeoefend. Bijoorbeeld: F = 15 N. Een grootheid die deze ier kenmerken bezit, is een ectoriële grootheid of ector. Een krchtector stel je oor door het symbool F. Op een tekening stel je een krchtector oor door een pijl. Beschrijf elk kenmerk n de krcht die inwerkt op de hk. F Proefersie C B A ngrijpingspunt: richting: zin: grootte: 6 Krcht, energie en ermogen

7 b Kruis n. F1 F3 F2 F4 er si e F5 krcht 1 krcht 2 krcht 3 krcht 4 krcht 5 Welke krchten hebben dezelfde grootte? f Welke krchten hebben dezelfde zin? oe Welke krchten hebben een tegengestelde zin? Geef 2 krchten met dezelfde richting. Pr Een krcht is een ectoriële grootheid. Een krcht wordt gekenmerkt door een ngrijpingspunt, een richting, een zin en een beplde grootte. Een krchtector stel je oor met het symbool F. HOOFDSTUK 1 - KRACHTEN 7

8 1.4 Meerdere krchten op een oorwerp Op een oorwerp werken meerdere krchten in. In de drie olgende situties is geen rekening gehouden met de zwrtekrcht. Krel (F 1 ) probeert Ho Ho ooruit te trekken, mr slgt dr niet zo goed in. Wnneer Louis (F 2 ) hem te hulp snelt, slgen ze erin om enkel de poot te erpltsen. F 1 =100 N A F 2 =180 N B C F 3 =200 N b Kruis n. kenmerk n de krcht ngrijpingspunt richting zin grootte Kruis n. richting zin punt A op het touw punt B op het touw punt C op het touw horizontl erticl schuin nr links nr rechts 100 N 180 N 200 N dezelfde F 1 F 2 punt A op het touw punt B op het touw punt C op het touw horizontl erticl schuin nr links nr rechts 100 N 180 N 200 N Proefersie tegengesteld Om de poot n Ho Ho in beweging te krijgen, is er een krcht n minstens 200 N nodig. c d e Wt gebeurt er ls Krel lleen n het touw trekt? Wt gebeurt er ls Louis lleen n het touw trekt? Wt gebeurt er ls Krel en Louis smen n het touw trekken? 8 Krcht, energie en ermogen

9 Het effect n beide krchten smen is groter dn het effect n elke krcht fzonderlijk. Vi het touw werken F 1 en F 2 in op de poot n Ho Ho (punt C). Het resultt n F 1 en F 2 smen is de resulterende krcht of resultnte F res op Ho Ho. f Hoe groot is de resulterende krcht? Louis (F 2 )erwijt Krel (F 1 ) dt hij niet hrd genoeg n het touw trekt. Ze doen n touwtje trek om te zien wie n hen het sterkst is. F 1 =100 N F 2 =180 N A C B g h Kruis n. kenmerk n de krcht ngrijpingspunt richting zin grootte Kruis n. richting zin punt A op het touw punt B op het touw punt C op het touw horizontl erticl schuin nr links nr rechts 100 N 180 N 200 N F 1 F 2 dezelfde punt A op het touw punt B op het touw punt C op het touw horizontl erticl schuin nr links nr rechts 100 N 180 N 200 N Proefersie tegengesteld i Wt is het effect n beide krchten smen? De twee krchten werken elkr tegen. Louis blijkt iets sterker te zijn dn Krel, ndr dt de resulterende krcht nr rechts gericht is. j Hoe groot is de resulterende krcht? HOOFDSTUK 1 - Krchten 9

10 Krel geeft echter niet op. Hij gebruikt lle spierkrcht die hij heeft. F 1 =180 N F 2 =180 N A C B k Kruis n. l kenmerk n de krcht ngrijpingspunt richting zin grootte punt A op het touw punt B op het touw punt C op het touw horizontl erticl schuin nr links nr rechts 100 N 180 N 200 N Wt is het effect n beide krchten smen? m Hoe groot is de resulterende krcht op het touw? F 1 F 2 punt A op het touw punt B op het touw punt C op het touw horizontl erticl schuin nr links nr rechts 100 N 180 N 200 N Krchten in dezelfde richting en met dezelfde zin ersterken elkr. Krchten met dezelfde richting mr met tegengestelde zin werken elkr tegen. Wnneer twee een grote krchten in dezelfde richting en in tegengestelde zin op eenzelfde st lichm inwerken, is de resulterende krcht gelijk n nul newton. Proefersie n Bekijk de figuur. F 1 F 2 Hoe groot is de resulterende krcht? 10 Krcht, energie en ermogen

11 o Je ziet in boennzicht de richting wrlngs en de plts wrop de twee honden een krcht uitoefenen op het bot. Welk effect hebben de krchten op het bot? Kies uit: ze ersterken elkr, ze werken elkr tegen, de resulterende krcht is 0 newton. 30 N 60 N 120 N 60 N 30 N 90 N Proefersie 60 N 60 N HOOFDSTUK 1 - Krchten 11

12 Smentting krchten uitwerking ectoriële grootheid sttisch dynmisch ngrijpingspunt richting zin grootte symbool: F erorming erndering n bewegingstoestnd eenheid: N Een krcht is een ectoriële grootheid gekenmerkt door een ngrijpingspunt, een richting, een zin en een beplde grootte. Krchten meet je met een dynmometer. De krchtector stel je oor door het symbool F. De eenheid n krcht is de newton (N). Een krcht kn een oorwerp erormen. Dt is het sttisch effect n een krcht. Een krcht kn de bewegingstoestnd n een oorwerp ernderen. Dt is het dynmisch effect n een krcht. Wnneer meerdere krchten dezelfde richting en zin hebben, ersterken ze elkr. Krchten met dezelfde richting mr met tegengestelde zin werken elkr tegen. Wnneer twee een grote krchten in dezelfde richting mr in tegengestelde zin werken, is de resulterende krcht gelijk n nul newton. Wt zijn de nieuwe begrippen? Vul eentueel zelf n. het sttische effect het dynmische effect de krcht de eldkrcht de contctkrcht de dynmometer de richting de zin het ngrijpingspunt de grootte de ectoriële grootheid de ector de resulterende krcht de resultnte Wt wordt er minstens n je erwcht? Vul eentueel zelf n. Omschrijf het sttische en dynmische effect n een krcht. Geef oorbeelden n het sttische en dynmische effect n een krcht. Geef oorbeelden n eldkrchten en contctkrchten. Geef het symbool, de eenheid en de nm n de eenheid n een krcht. Geef het symbool n de krchtector. Beschrijf de ier kenmerken n een krcht n de hnd n een gegeen oorbeeld. Beschrijf het effect n de resulterende krcht n de hnd n een gegeen oorbeeld. Leid de grootte n de resulterende krcht f uit een gegeen oorbeeld. zelfde richting en zin ersterken elkr zelfde richting, tegengestelde zin werken elkr tegen twee een grote krchten: zelfde richting, tegengestelde zin F res = 0 N Proefersie meettoestel: dynmometer 12 Krcht, energie en ermogen

13 HOOFDSTUK 2 ZWAARTEKRACHT Zwrtekrcht is oerl Zuig met een rietje een pingpongblletje n de tfel. Wnneer zl het blletje op de grond llen? e Welke krcht heeft op dt moment effect? er si De zwrtekrcht Fz werkt op lle oorwerpen in de buurt n de rde. Ze is ltijd nr beneden, nr het middelpunt n de rde gericht. Het is een eldkrcht. Het gebied wr de zwrtekrcht werkzm is, is het zwrteeld. f Niet lleen op rde, mr op lle hemellichmen heerst er zwrtekrcht. De zwrtekrcht op de mn is zesml kleiner dn op de rde. oe b Noteer hoe je kunt zien dt de zwrtekrcht werkzm is. Pr 2.1 WEZO_A_06_024 WEZO_A_06_025 De zwrtekrcht is de ntrekkingskrcht die een hemellichm uitoefent op lle oor werpen in zijn omgeing. Het symbool n zwrtekrcht is Fz. De zwrtekrcht is een eldkrcht. Het gebied wr ze werkzm is, is het zwrteeld. HOOFDSTUK 2 - ZWAARTEKRACHT 13

14 2.2 Kenmerken n de zwrtekrcht De zwrtekrcht is een ectoriële grootheid en is dus olledig bepld ls je hr ier kenmerken kent. Vul de kenmerken n de krcht n. m m F z F z Z F z Zwrtepunt bij de mens : het zwrtepunt n het oorwerp. Dit punt lt meestl smen met het middelpunt n de mss. Het zwrtepunt n het menselijk lichm ligt ter hoogte n het bekken. : erticl (olgens de strl n de rde). In het dgelijkse leen speelt deze erticle richting een belngrijke rol. Om bijoorbeeld een muur te bouwen, gebruikt een nnemer een schietlood. : wijst nr het middelpunt n de rde. : hngt f n de mss n het oorwerp. Proefersie 14 Krcht, energie en ermogen

15 2.3 Verbnd tussen mss en zwrtekrcht 0nderzoeksrg Hoe beïnloedt de mss de zwrtekrcht? Hypothese Hoe kleiner de mss, hoe groter de zwrtekrcht. Hoe groter de mss, hoe groter de zwrtekrcht. Benodigdheden 2 plstiek flesjes touw blpen Proefopstelling Werkwijze Vul 1 flesje met weinig wter en een nder flesje met eel wter. Bind een touw oer de hls n beide flesjes. Hng het touw oer een blpen zodt beide flesjes een hoog hngen. Houd de flesjes in eenwicht door je inger op het touw te houden. Lt het touw los. Wrneming Wt gebeurt er? Proefersie Besluit Hoe de mss, hoe de zwrtekrcht. HOOFDSTUK 2 - ZWrteKrcht 15

16 De grootte n de zwrtekrcht is recht eenredig met de mss (Fz ~ m). De erhouding Fz is dus constnt. m Deze constnte is de zwrteeldsterkte g. Fz = g druit olgt: Fz = m g. m Nuwkeurige metingen tonen n dt deze erhouding in onze streken gelijk is n 9,81 N. kg De wrde n de zwrteeldsterkte is fhnkelijk n de fstnd n het oorwerp tot het middelpunt n het hemellichm wrop het zich beindt. g = 9,81 N kg op de mn g = 1,62 N kg Pr oe f er si e op onze breedtegrd Zwrtekrcht 16 definitie De zwrtekrcht is de ntrekkingskrcht die een hemellichm uitoefent op lle oorwerpen in zijn omgeing. formule Fz = m g eenheid [Fz] = N kenmerken De zwrtekrcht grijpt n in het zwrtepunt n een oorwerp, is erticl en nr het middelpunt n het hemellichm gericht. Krcht, energie en ermogen

17 Kruis n op welke figuur de zwrtekrcht op de p correct getekend is. b c d b c G op een weegschl stn. In welke eenheid is de weegschl geijkt? Welke grootheid lees je f? Inwendig is een eenoudige personenweegschl opgebouwd uit een spirleer. St je op de blns, dn druk je de eer gedeeltelijk smen. Op de meetschl lees je een wrde f. Welke grootheid zorgt eroor dt de eer smengedrukt wordt? In welke eenheid zou je het toestel moeten flezen? De zwrtekrcht op Jupiter is ongeeer 2,5 ml groter dn op rde. Stel dt je op rde een steen op een blns legt. Je brengt de blns in eenwicht met behulp n een ijkmss. Wt gebeurt er ls je de proef op Jupiter uitoert met hetzelfde mteril? n De steen en het mssblokje blijen in eenwicht. n De schl met de steen gt omlg. n De schl met de steen gt omhoog. n Het ntwoord is niet gegeen. Verklr. Proefersie d Nienke zegt: Woonde ik mr op de mn, dn woog ik eel minder dn hier op rde. Klopt de stelling n Nienke? n j n nee Verklr. HOOFDSTUK 2 - ZWrteKrcht 17

18 Smentting ntrekkingskrcht die een hemellichm uitoefent op lle oorwerpen in zijn omgeing symbool: F z zwrtekrcht ectoriële grootheid zwrteeld eenheid: N kenmerken ngrijpingspunt richting zin grootte De ntrekkingskrcht die een hemellichm uitoefent op lle oorwerpen in zijn omgeing is de zwrtekrcht. De zwrtekrcht is een ectoriële grootheid die werkzm is in een zwrteeld. Ze wordt oorgesteld door het symbool F z en wordt gemeten in Newton (N). De zwrtekrcht grijpt n in het zwrtepunt, is erticl en wijst nr het middelpunt n het hemellichm. De grootte wordt weergegeen door de formule F z = m g. Drin is g de zwrteeldsterkte. Wt zijn de nieuwe begrippen? Vul eentueel zelf n. de zwrtekrcht het zwrteeld het zwrtepunt de zwrteeldsterkte (g) Wt wordt er minstens n je erwcht? Vul eentueel zelf n. Geef het symbool en de eenheid n de zwrtekrcht. Omschrijf de kenmerken n de zwrtekrcht. Geef het erbnd tussen de mss en de zwrtekrcht. zwrtepunt erticl middelpunt hemellichm F z = m g g = zwrteeldsterkte Proefersie 18 Krcht, energie en ermogen

19 HOOFDSTUK 3 BEWEGING EN KRACHTEN 3.1 Rust en beweging Welke bewegingen heb je ndg l gezien? b Beweegt het koppeltje op de bnk? Ten opzichte n de bnk en ten opzichte n elkr is het koppeltje in rust. Toch bewegen ze met een snelheid n meer dn 1000 km/h rond de s n de rde. Boendien drit de rde met een heel grote snelheid rond de zon. Rust en beweging bekijk je ltijd ten opzichte n een referentiepunt. Het zijn reltiee begrippen. c d Kruis n. Als ik in een liegtuig zit, ben ik ten opzichte n de mensen op de grond, in Als ik in een liegtuig zit, ben ik ten opzichte n het liegtuig in Als ik in een liegtuig zit, ben ik ten opzichte n de piloot in Verbind. rust beweging Proefersie rust. beweging. Positie n het oorwerp erndert ten opzichte n het referentiepunt. Positie n het oorwerp erndert niet ten opzichte n het referentiepunt. Rust en beweging zijn reltiee begrippen. Door een referentiepunt te beplen, kun je een beweging nuwkeurig beschrijen. HOOFDSTUK 3 - BEWeging EN Krchten 19

20 3.2 Snelheid Snelheid berekenen n de hnd n een formule Als een oorwerp beweegt, erpltst het zich met een beplde snelheid door de ruimte. Die snelheid kun je meten. Noteer drie toestellen wrmee je snelheid kunt meten. Snelheidsmeters berekenen de gemiddelde snelheid. b Hoe bereken je de gemiddelde snelheid n Jnne? school 7,5 km Tijdens een beweging erndert de tijd. Er is dus ltijd een erndering n het tijdstip t. Bepl tijdstip (t). t 1 = t 2 = Bepl de tijdsduur ( t = t 2 - t 1 ). Snelheid Proefersie formule eenheid snelheid = [] = [ x] [ t] fgelegde weg tijdsduur = m s omrekening : 3,6 of = x t km/h m/s 3,6 20 Krcht, energie en ermogen

21 Wt is de gemiddelde snelheid n Jnne? Gegeen Gergd Oplossing Antwoord Hoeeel m/s rijdt Jnne? Snelheid berekenen n de hnd n een grfiek Bekijk de grfiek. x (m) Proefersie t (s) HOOFDSTUK 3 - BEWeging EN Krchten 21

22 Bereken de gemiddelde snelheid n het oorwerp gedurende de eerste 4 s. Bereken de snelheid gedurende de olgende 6 s. Hoe kun je in de grfiek zien dt een oorwerp sneller beweegt? 3.3 De gemiddelde snelheid n een oorwerp is de erhouding n de fgelegde weg tot de tijdsduur n de beweging. De helling n de rechte in een grfiek is een mt oor de snelheid n het oorwerp. Hoe steiler de helling, hoe sneller het oorwerp beweegt. De eenprig rechtlijnige beweging (ERB) Onderzoeksrg Welke beweging mkt het wgentje ls het rijdt? Hypothese Het wgentje beweegt olgens n een rechte bn met een ernderlijke snelheid. n een rechte bn met een constnte snelheid. n een kromlijnige bn met een ernderlijke snelheid. n een kromlijnige bn met een constnte snelheid. Benodigdheden wgentje chronometer rolmeter krijt Proefersie Werkwijze Trek op de loer om de meter een krijtlijn. Strt het wgentje ongeeer 1 m oor de eerste streep. Strt de chronometer wnneer het wgentje oer de eerste streep rijdt. Meet de tijd telkens ls het wgentje oer een olgende streep rijdt. Werk eentueel met tussentijden. 22 Krcht, energie en ermogen

23 Wrneming Vul n. x (m) t (s) x (m) t (s) = x t 0,0 0, m s 1,0 5,0 2,0 10,0 3,0 15,0 4,0 20,0 5,0 25,0 Verwerking Wt lt je op ls je x en t in de tbel bekijkt? Wt betekent dt? Zo n beweging is een eenprig rechtlijnige beweging of ERB. Bekijk het x(t)- en (t)-digrm. x (m) (m/s) 6,0 6,0 5,0 5,0 4,0 4,0 Proefersie 3,0 3,0 2,0 2,0 1,0 1, ,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 t (s) 0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 t (s) Het x(t)-digrm geeft het erbnd weer tussen de fstnd (x) en de tijd (t). Welke orm heeft de grfiek? De erhouding x is een t, nmelijk Hoe groot is de gemiddelde snelheid in jouw experiment? De (t)-grfiek is een rechte met de tijds. Besluit Het wgentje olgt HOOFDSTUK 3 - BEWeging EN Krchten 23

24 Een eenprig rechtlijnige beweging (ERB) is een beweging n een oorwerp lngs een rechte bn met een constnte snelheid. b Kruis n. bewegend oorwerp rechte bn constnte snelheid ERB een slijpschijf op olle snelheid j nee j nee j nee een zwemmer die bntjes trekt j nee j nee j nee een schnsspringer j nee j nee j nee een kind op een roltrp j nee j nee j nee een liegtuig in olle lucht j nee j nee j nee een luchtbllon die opstijgt j nee j nee j nee een trein met een topsnelheid j nee j nee j nee Bekijk de tbel. fgelegde weg x (km) 80 1, , , ,0 6, ,0 tijd t (h) Proefersie berekening Hoe kun je, met behulp n de eerste 3 metingen in de tbel, controleren of de rchtwgen een ERB uitoert? Vul de ontbrekende metingen n in de tbel. 24 Krcht, energie en ermogen

25 c Bekijk het (t)-digrm n de fietser en de scooter. (m/s) A B t (s) Vul n. d Welke grfiek hoort bij het oertuig? Is er een ERB? Hoe groot is de snelheid? Wt is de tijdsduur n de beweging? Hoeeel km/h rijdt het oertuig? A B j nee scooter Bekijk de grfieken n Sten en Joren die nr school fietsen. x (m) (m/s) Proefersie 5 A B j nee fietser t (s) Sten Joren t (s) Wie heeft de grootste snelheid? Verklr. HOOFDSTUK 3 - BEWeging EN Krchten 25

26 3.4 Snelheid ls ector Je bent op dropping met de jeugdbeweging. De leiding dropt jou en je rienden midden in een heuelchtig bos. Je wordt ten ltste om 12 uur s nchts terugerwcht n het lokl. Wt wil je lleml weten oor je n je erpltsing begint? Sommige grootheden worden niet lleen gekenmerkt door hun grootte, mr ook door hun richting en zin. b Wt is de nm n zulke grootheden? Voorbeelden drn zijn erpltsing en snelheid. Net zols een krcht wordt de snelheidsector oorgesteld door een pijl, getekend in het zwrtepunt n het oorwerp. Symbool n de snelheidsector: c Snelheidsector op een rechtlijnige bn Bepl de kenmerken n de snelheidsector. Het ngrijpingspunt: De richting: De zin: De grootte: Snelheid is een ectoriële grootheid en wordt gekenmerkt door: een ngrijpingspunt (het zwrtepunt n het oorwerp); een richting (de rklijn n de geolgde bn); een zin (de bewegingszin); de grootte = x t. Snelheidsector op een kromlijnige bn Proefersie 20 km/h ector n boot is 20 mm lng en legende streepje is 10 mm lng. dus olgens mij klopt de erhouding. 26 Krcht, energie en ermogen

27 d Kruis n. Geef uitleg bij de richting en zin. hetzelfde erschillend dezelfde erschillend ngrijpingspunt richting dezelfde erschillend zin een groot erschillend ngrijpingspunt hetzelfde erschillend dezelfde erschillend e grootte er si richting f zin oe dezelfde erschillend een groot erschillend grootte Pr richting hetzelfde erschillend dezelfde erschillend ngrijpingspunt dezelfde erschillend zin grootte een groot erschillend HOOFDSTUK 3 - BEWEGING EN KRACHTEN 27

28 hetzelfde erschillend dezelfde erschillend ngrijpingspunt richting dezelfde erschillend zin grootte 3.5 een groot erschillend Verndering n de bewegingstoestnd n een oorwerp e Onderzoeksrg Wt gebeurt er met de bewegingstoestnd n je hnd ls er een zwr oorwerp op ligt dt plots wordt weggenomen? er si Hypothese Er gebeurt niets met de hnd. De hnd beweegt omhoog. De hnd beweegt omlg. f Benodigdheden blinddoek stpeltje boeken of nder zwr oorwerp Pr oe Proefopstelling Werkwijze Blinddoek de proefpersoon. Lt hem een stpeltje boeken of een zwr oorwerp op één hnd en met gestrekte rm in eenwicht houden. Neem op een onerwcht ogenblik plots het oorwerp lngs boen weg. Wrneming Wt gebeurt er met de hnd n de proefpersoon? 28 Krcht, energie en ermogen

29 Verwerking De boeken en je hnd oefenen een een grote mr tegengestelde krcht uit op elkr. De boeken liggen drdoor stil op je hnd. De boeken zijn dus in Hun snelheid is op dt ogenblik ten opzichte n je hnd. km/h. Hoe komt het dt je hnd met een beplde snelheid erticl beweegt ls je de boeken wegneemt? Wnneer de snelheid n een oorwerp toeneemt of fneemt, spreek je n een ernderlijke beweging. b Besluit Er is een n de bewegingstoestnd n je hnd wnneer een zwr oorwerp plots wordt weggenomen. Noteer drie oorbeelden n een ernderlijke beweging. De bewegingstoestnd n een oorwerp is de toestnd n rust of n beweging (= ersnellen, ertrgen of n richting ernderen) n dt oorwerp. Krchten kunnen de bewegingstoestnd n een oorwerp ernderen. Wnneer de snelheid n een oorwerp toeneemt of fneemt, spreek je n een ernderlijke beweging. Op de tekening is de snelheidsector n de wgen getekend op erschillende tijdstippen. Proefersie Hoe zie je dt de bewegingstoestnd n de wgen erndert? HOOFDSTUK 3 - BEWeging EN Krchten 29

30 3.6 Resulterende krcht en beweging Wnneer je in een bus zit die zich met een constnte snelheid op een rechte bn oortbeweegt, oel je de beweging niet. Wnneer de bus ersnelt of plots ertrgt, dn oel je een krchtwerking. Hoe merk je de krchtwerking ls de bus ersnelt? Hoe merk je de krchtwerking ls de bus ertrgt? Als meerdere krchten op een oorwerp werken, zie je dus het effect n de resulterende krcht Beweging ls de resulterende krcht nul is De bus stt stil. F b F b F z Welke twee krchten werken op de bus? b Kruis de kenmerken n beide krchten n. grootte n een groot n erschillend richting n dezelfde n erschillend zin n dezelfde n tegengesteld Proefersie c Hoe groot is de resulterende krcht (F res )? d Wt kun je zeggen oer de bewegingstoestnd n de bus? e Hoe groot is de snelheid n de bus? 30 Krcht, energie en ermogen

31 De bus rijdt met een constnte snelheid. F m F w Op de bus werken twee tegengestelde krchten: de motorkrcht F m in oorwrtse richting; de wrijingskrcht F w (= wrijing tussen de bnden en het wegdek en de luchtweerstnd) in chterwrtse richting. b c d e Kruis de kenmerken n beide krchten n. grootte n een groot n erschillend richting n dezelfde n erschillend zin n dezelfde n tegengesteld Hoe groot is de resulterende krcht (F res ) op de bus? Verndert de snelheid n de bus? Welke beweging oert de bus uit? Proefersie Hoe kn de chuffeur ondnks de wrijingskrcht de snelheid n de bus constnt houden? Als de grootte n de resulterende krcht (F res ) op een oorwerp nul is, behoudt het zijn bewegingstoestnd. Is het oorwerp in rust, dn blijft het in rust. Is het oorwerp in beweging, dn blijft het met een constnte snelheid oortbewegen op een rechte bn. Het oert een eenprige rechtlijnige beweging uit. f Je fietst op een rechte weg met een constnte snelheid. Hoe groot is de resulterende krcht? Wrom moet je ls fietser toch een krcht op je pedlen uitoefenen? HOOFDSTUK 3 - BEWeging EN Krchten 31

32 3.6.2 Beweging ls de resulterende krcht erschilt n nul De buschuffeur geeft plots extr gs. F m F w Kruis de kenmerken n beide krchten n. De motorkrcht wordt De resulterende krcht op de bus is De resulterende krcht is Geolg: De buschuffeur duwt plots hrd op zijn rem. b STOP F m Kruis de kenmerken n beide krchten n. F w groter dn de wrijingskrcht. kleiner dn de wrijingskrcht. gelijk n nul. niet gelijk n nul. oorwrts gericht. chterwrts gericht. de bus ersnelt. de bus ertrgt. Proefersie De motorkrcht wordt De resulterende krcht op de bus is De resulterende krcht is Geolg: groter dn de wrijingskrcht. kleiner dn de wrijingskrcht. gelijk n nul. niet gelijk n nul. oorwrts gericht. chterwrts gericht. de bus ersnelt. de bus ertrgt. Als het oorwerp ersnelt of ertrgt, is de resulterende krcht op het oorwerp niet gelijk n nul. Het oorwerp ondergt dus een snelheidserndering. 32 Krcht, energie en ermogen

33 c Noteer welk effect de resulterende krcht op het systeem heeft. Fm Fw Fz Fz Een skydier in rije l F Fw Fz er si e Fm Een lncering n een rket Een trctor rijdt ooruit Een duiker in zee oe f d Noteer: welke soort beweging het oorwerp uitoert (1); welke krchten er op het oorwerp werken (2); of de resulterende krcht nul Newton is of niet (3). Pr Lore houdt hr boekents stil in hr hnd. Een steen lt uit een hijskrn nr beneden Mrio fietst met een constnte snelheid op een lkke, rechte weg met de wind op kop Een skiër glijdt n een helling nr beneden Een helikopter dlt met een constnte snelheid HOOFDSTUK 3 - BEWEGING EN KRACHTEN 33

34 De eenprig cirkelormige beweging (ECB) 3.7 De gondels n een reuzenrd mken een cirkelormige beweging. Wt kun je zeggen oer de richting en de zin n de snelheid? er si e b Wt kun je zeggen oer de grootte n de snelheid n de gondels? Bekijk de tekening. f c oe Pr Welke beweging olgen de liegtuigjes op deze kermisttrctie? Hoe kun je dt zien op de tekening? Een eenprig cirkelormige beweging (ECB) is een beweging op een cirkelormige bn wrbij de grootte n de snelheid constnt blijft, mr de richting en de zin oortdurend ernderen. 34 Krcht, energie en ermogen

35 Smentting eenheid: m s grootte: = x t zin = bewegingszin ngrijpingspunt = zwrtepunt richting = rklijn ectoriële grootheid snelheid referentiepunt positie erndert niet = RUST lngs een rechte bn met constnte snelheid richting en zin hetzelfde ERB F res = 0 N bewegingstoestnd blijft behouden positie erndert = BEWEGING krchten erndering n bewegingstoestnd Proefersie lngs een cirkelormige bn met constnte snelheid richting en zin ernderen F res 0 N ECB ersnellen, ertrgen of n richting ernderen oorwerp in rust à blijft in rust à = 0 m s oorwerp in beweging à blijft oortbewegen op rechte bn à constnte snelheid = ERB Een oorwerp is in rust wnneer zijn positie ten opzichte n een referentiepunt niet erndert. Een oorwerp is in beweging wnneer zijn positie ten opzichte n een referentiepunt erndert. Een bewegend oorwerp heeft een beplde snelheid. Snelheid is een ectoriële grootheid, die gekenmerkt wordt door een ngrijpingspunt (zwrtepunt), een richting (olgens de rklijn n de beweging), een zin (olgens de bewegingszin) en een beplde grootte. De grootte n de snelheid bereken je door de fgelegde weg te delen door de tijdsduur n de beweging. De eenheid is m s. HOOFDSTUK 3 - BEWeging EN Krchten 35

36 Beweegt een oorwerp met een constnte snelheid lngs een rechte bn, dn oert het een ERB uit. De richting en de zin ernderen niet. Bij een ECB beweegt het oorwerp met een constnte snelheid lngs een cirkelormige bn en ernderen de richting en de zin n de snelheid oortdurend. Krchten doen de bewegingstoestnd n een oorwerp ernderen. Is de resulterende krcht op een oorwerp gelijk n nul (F res = 0 N), dn blijft de bewegingstoestnd n het oorwerp behouden. Met ndere woorden: een oorwerp in rust blijft in rust. De snelheid is gelijk n nul. Is het oorwerp in beweging, dn blijft het met een constnte snelheid oortbewegen op een rechte bn. Het oert een ERB uit. Is de resulterende krcht op een oorwerp niet gelijk n nul (F res 0 N), dn zl het oorwerp ersnellen, ertrgen of n richting ernderen. Wt zijn de nieuwe begrippen? Vul eentueel zelf n. de rust de beweging de snelheid het tijdstip de tijdsduur de eenprig rechtlijnige beweging (ERB) de snelheidsector de bewegingstoestnd de ernderlijke beweging de eenprig cirkelormige beweging (ECB) Wt wordt er minstens n je erwcht? Vul eentueel zelf n. Geef de formule en de eenheid n snelheid. Los rgstukken oer snelheid op. Bereken de snelheid n de hnd n een grfiek. Geef de betekenis n een kleinere of grotere helling in een snelheidsgrfiek. Herken een eenprig rechtlijnige beweging in concrete situties. Omschrijf de kenmerken n de snelheidsector n de hnd n oorbeelden. Stel de snelheidsector grfisch oor. Verklr de resulterende krcht bij erschillende bewegingstoestnden n een oorwerp (rust, ERB, ersnellen, ertrgen, n richting ernderen). Proefersie 36 Krcht, energie en ermogen

37 HOOFDSTUK 4 ENERGIE EN VERMOGEN 4.1 Energie Wt heeft een liegtuig oldoende nodig bij een erre erpltsing? b c Wt hebben sporters nodig tijdens en n een lnge inspnning? Nr welk soort oedsel erlng je n een steige fietstocht? Wrom erlng je er dn nr? In oedsel en brndstof zitten stoffen die het mogelijk mken een presttie te leeren. Het zijn energierijke stoffen. Energie is dus nodig om een presttie te leeren. Voedsel is de energiebron oor ons lichm. Energie Proefersie definitie symbool Een lichm of een systeem bezit energie ls het in stt is een presttie te leeren. E eenheid De eenheid n energie is de joule, symbool: J. 1 kj = J 1 MJ = J HOOFDSTUK 4 - energie en ermogen 37

38 4.1.1 Energieormen Een energiebron bet energie. De mnier wrop de energie opgeslgen wordt, is de energieorm. Geef bij olgende foto s de juiste energieorm. Kies uit: elektrische energie, chemische energie, strlingsenergie, eerenergie, getijdenenergie, wrmte, mgnetische energie, kernenergie en windenergie. Pr oe f er si e Behoud n energie bij energieomzettingen Een toestel of je lichm leert rbeid ls er een omzetting gebeurt n de ene energieorm nr de ndere. Ook kn er energie oergedrgen worden op een nder oorwerp. 38 Krcht, energie en ermogen

39 Beschrijf telkens de energieomzetting. Sommige omzettingen bestn uit meerdere stppen. Oplden n elektrische uto en ermee rondrijden er si e Brndend houtuur oe f Driende windturbine Pr Rijdende uto Zonnepnelen Duikende mn HOOFDSTUK 4 - ENERGIE EN VERMOGEN 39

40 Energie kn in ele ormen oorkomen. Het kn omgezet worden n de ene nr de ndere energieorm. Energieorm A à energieorm B + wrmte b Wrijf in je hnden. c Wt oel je? Welke energieomzetting gebeurt er? Niene zit op de bbyschommel. Pp heeft de schommel in beweging geduwd en Niene kn zichzelf nog niet oortbewegen. Positie A: de schommel wordt olledig omhooggetrokken door pp. Positie B: de schommel beweegt nr beneden. Positie C: de schommel bereikt de lgste stnd. Positie D: de schommel beweegt omhoog. Positie E: de schommel bereikt de hoogste stnd. Kruis bij A, C en E n of de energie mximl (mx.) of miniml (min.) is. Kruis bij B en D n of de energie toeneemt (toe) of fneemt (f ). A B C D E zwrte-energie mx. min. toe f mx. min. toe f mx. min. bewegingsenergie mx. min. toe f mx. min. toe f mx. min. Verklr wrom de schommel telkens minder hoog komt bij elke beweging en uiteindelijk stil lt. Door de wrijingskrcht komt er wrmte rij. Die orm n energie is dn niet meer bruikbr oor het systeem. Zonder wrijingskrchten zou de totle energie niet erminderen en dus behouden blijen. Je spreekt dn n behoud n energie. Wet n behoud n energie Bij het leeren n een presttie wordt de ene energieorm omgezet in een ndere energieorm. De totle energie blijft behouden. A Proefersie B C D E 40 Krcht, energie en ermogen

41 Een geolg n deze wet is dt je lleen energie n de ene orm in de ndere orm kunt omzetten. Je kunt dus geen energie mken of erliezen. Omzetting nr wrmte wordt k ls energieermindering beschouwd, mr er is geen energieerlies. d Wr zijn er wrijingskrchten ls je op een grote ijslkte schtst en je lt glijden? Wt gebeurt er ls hier geen wrijingskrchten inwerken? Rendement Een lmp gebruik je om zichtbr licht te bekomen. Vn de totle energie wordt mr een gedeelte omgezet in licht. Zichtbr licht is drbij de nuttige energie, terwijl wrmte en ndere strling de niet-nuttige energie ormen. Vergelijk olgende lmpen, die elk 100 J n elektrische energie opnemen. Bereken de erhouding n de nuttige energie tot de totle energie. nuttige energie = zichtbr licht hlogeenlmp 40 J 60 J ledlmp 50 J 50 J tl-lmp 65 J 35 J Het rendement is de erhouding n de nuttige energie tot de totle energie. b Een tl-lmp heeft een rendement n 65 %. Wt betekent dt? niet-nuttige energie Welke lmp leert de grootste hoeeelheid nuttige energie? nuttige energie totle energie Het rendement n deze lmp is het grootst. Dt rendement heb je berekend in de ltste kolom. Proefersie HOOFDSTUK 4 - energie en ermogen 41

42 c Een zonnecel heeft een rendement n 8 %. Wt betekent dt? d Welke energieomzetting gebeurt er bij het brnden n hout in een houtkchel? e Een hoogrendementskchel heeft een rendement n 72 %. Wrom is het rendement hier geen 100 %? Duurzme energie Om n de enorme energiebehoefte te oldoen, heeft de mens tot op heden, mr zeker in het erleden, heel k fossiele brndstoffen gebruikt. b c Geef drie oorbeelden n fossiele brndstoffen. Noteer minstens twee ndelen n het gebruik n fossiele brndstoffen. Proefersie Welke mtregelen kun je nemen om je eigen energieerbruik te erminderen? d Je kunt ook kiezen oor duurzme energie. Wt is duurzme energie? 42 Krcht, energie en ermogen

43 oe f er si e Benoem de energiebronnen. Kies uit: windenergie, geothermische energie, biogsinstlltie, zonne-energie, kerncentrle, wterkrchtcentrle, getijdencentrle, steenkoolcentrle. Pr e Welke energiebronnen zijn duurzm en hernieuwbr? Welke energiebronnen zijn niet-duurzm? HOOFDSTUK 4 - ENERGIE EN VERMOGEN 43

44 f Door de opwrming n de rde is er een klimterndering n de gng. Welke energiebronnen zijn droor erntwoordelijk door de productie n broeiksgssen? g Welke ndelen zijn er erbonden n kernenergie? Verklr. h Welke oordelen heeft kernenergie? Duurzme energie is niet belstend oor het leefmilieu. Windenergie, zonne-energie en geothermische energie zijn ormen n hernieuwbre en duurzme energie. Ze zijn onbeperkt bruikbr en bendelen de toekomstige generties niet. Niet-duurzme energie is belstend oor het leefmilieu en bendeelt de toekomstige generties. Proefersie 44 Krcht, energie en ermogen

45 4.2 Vermogen Een oldtimer en een sportwgen rijden, om het snelst, een berg op. Ze hebben eenzelfde mss. Vergelijk de prestties door beide wgens geleerd ls ze de top bereiken. Wrin erschillen beide prestties? Bij een energieomzetting speelt ook de tijdsduur een rol. Om dt te beschrijen, gebruik je een nieuwe grootheid: ermogen. Het symbool n ermogen is P, fgeleid n Engelse power. Vermogen definitie formule eenheid betekenis Het ermogen is de erhouding n de erbruikte hoeeelheid energie per tijdsduur. P = E t [P] = [ E] = J [ t] s = W De eenheid n ermogen is de wtt. Afgeleide eenheden: kilowtt 1 kw = W megwtt 1 MW = W Proefersie 1 W = 1 J 1 s Er wordt een ermogen n 1 wtt geleerd ls er in 1 s een energieomzetting n 1 J pltsindt. HOOFDSTUK 4 - energie en ermogen 45

46 4.3 Verbnd ermogen - erbruikte energie Kilowttuur Het elektrisch energieerbruik wordt in de prktijk dikwijls weergegeen in kilowttuur in plts n joule. 1 kilowttuur is de erbruikte energie ls een toestel n 1000 W 1 uur werkt. 1 kwh = 1000 W 3600 s = 1000 J 3600 s = 3,6 106 J s Vermogen n elektrische huishoudtoestellen Bekijk de tbel. toestel ermogen er si f koelkst combi A+ microgolfoen stofzuiger strijkijzer elektrische bijerwrming bdkmer twsmchine wsmchine droogkst 3W 5W 12 W 90 W tot 250 W in werking 3 W in slpstnd 150 W tot 200 W 360 W tot 1000 W 650 W tot 800 W 750 W tot 1100 W 1000 W tot 2000 W 1200 W 2500 W tot 3000 W 2500 W tot 3000 W e ledlmp gsm-oplder sprlmp lcd-t Verklr. 46 Pr oe Welke toestellen bezitten een hoog ermogen? Krcht, energie en ermogen

47 b Wt betekent het ls een strijkijzer een ermogen heeft n 2000 W? Wt betekent het ls een lmp een ermogen heeft n 3 W? De erbruikte elektrische energie wordt gemeten door een kwh-teller wrop elke elektrische instlltie n een huis, school of bedrijf is ngesloten. Bij jou thuis kun je die meter ook teruginden. Bij een nloge kwh-teller zie je bij erbruik een wieltje rondjes drien. In een huis dt oorzien is n zonnepnelen zie je die meter op zonnige momenten terugdrien! Het erbruik kun je mkkelijk meten met een erbruiksmetertje. Je sluit bijoorbeeld een broodmchine n op het metertje dt in het stopcontct zit. Proefersie HOOFDSTUK 4 - energie en ermogen 47

48 4.3.3 Sluimererbruik Ook ls een elektrisch toestel uit stt, is er erbruik in de slpstnd (stnd-by). De kleine lmpjes op ele toestellen erbruiken dg en ncht stroom. Welke energieomzetting gebeurt er in elektrische toestellen ls ze in slpstnd stn? b Bereken het totle erbruik en ook de kostprijs n dergelijke toestellen in slpstnd. toestel werkingsduur werkingsduur in uren ermogen in Wtt erbruik in kwh kostprijs /jr tegen 0,22/kWh in computer 365 dgen 3 modem 365 dgen 30 c led-t 5 h per dg 3 wekkerrdio 365 dgen 5 oen met digitle klok 365 dgen 3 t- digicorder 365 dgen 32 dpter lptop 5 h per dg 18 tndenborstel 365 dgen 4 kruimeldief 365 dgen 4 Welke mtregelen kun je zelf nemen om het sluimererbruik te erminderen? Proefersie Op jrbsis ormt het sluimererbruik ongeeer 10 % n het totle erbruik. Dt komt oereen met ongeeer 100 per jr per gezin. Voor heel België bedrgt de kostprijs 248 miljoen euro per jr. Voor het sluimererbruik is een energiecentrle n 200 MW nodig. De elektrische energie wordt in de prktijk gemeten in kwh. Elektrische toestellen erbruiken ook in slpstnd elektrische energie. Dt is het sluimer erbruik. 48 Krcht, energie en ermogen

49 Smentting ENERGIE eenheid: J Vermogen is de erbruikte hoeeelheid energie per tijdsduur. Energie kn oorkomen in ele energie ormen. Bij omzetting n de ene nr de ndere energieorm is er behoud n energie. Het rendement is de erhouding n de nuttige energie tot de totle energie. Duurzme energie is hernieuwbr en niet belstend oor het milieu. Niet-duurzme energie heeft meerdere ndelen. Wt zijn de nieuwe begrippen? Vul eentueel zelf n. de energie de energieorm de energie-omzetting de zwrte-energie de wet n behoud n energie het rendement de duurzme energie het ermogen het sluimererbruik Wt wordt er minstens n je erwcht? Vul eentueel zelf n. Geef het symbool en de eenheid n energie Geef oorbeelden n energieormen. Bespreek energieomzettingen. Ps de wet n behoud n energie toe. Ps de definitie n rendement toe. Bespreek de oor- en ndelen n duurzme en niet-duurzme energiebronnen. Geef de eenheid en het symbool n ermogen. Bespreek de eenheid kwh. Bereken het jrlijkse erbruik n elektrische huishoudtoestellen. Bespreek het sluimererbruik en de mtregelen om het terug te dringen. VERMOGEN P = E t eenheid: W duurzme energie ENERGIEVORMEN windenergie zonne-energie gebruik beorderen + sluimererbruik erminderen niet-duurzme energie fossiele brndstoffen grote ndelen: gebruik beperken Proefersie ENERGIEOMZETTING wet n behoud n energie totle energie nuttige energie + wrmte RENDEMENT = nuttige energie totle energie HOOFDSTUK 4 - energie en ermogen 49

50 Houd je orderingen bij. p 8 Wt is jou het meest bijgebleen uit dit them? Om jezelf te testen, mk je de oefeningen op Proefersie CHECK OUT Tijd om uit te checken Bij het inchecken heb je het experiment uitgeoerd met het ooroergebogen heffen n een oorwerp. Bij wie lukte dt? De jongens of de meisjes? Verklr je wrneming. 50 Krcht, energie en ermogen