Werkblad 3 Krachten - Thema 14 (niveau basis) Opdracht Dit werkblad dient als voorbereiding voor de toets die in week 6 plaats vindt. Je mag dit werkblad maken in groepjes van maximaal 4 personen. Je moet dit werkblad inleveren en krijgt voor dit werkblad een aparte beoordeling I, of O. Theorie 1 Wat is een kracht? Tijdens het afwassen laat Jeroen een kopje vallen. Zoals te zien op de plaatjes valt het kopje kapot. Er moet dus een kracht werken op het kopje bij het op de grond komen. De grond oefent een kracht uit op het kopje, waardoor het kapot gaat. Aan de andere kant, als je het kopje loslaat, komt het in beweging. Sterker nog: het valt steeds sneller naar beneden. De snelheid verandert gedurende de gehele val. Op het moment dat het kopje de grond raakt neemt de snelheid ineens af. De grond gaat nu een kracht omhoog uitoefenen. Zowel de zwaartekracht, als de kracht van de grond werken op het kopje. De krachten werken zo hard dat het kopje dit niet aankan, het wordt uit elkaar getrokken. In de natuurkunde zeggen we dat: In de natuurkunde is een kracht iets dat de snelheid van een voorwerp altijd wil veranderen. Krachtenevenwicht Toch zijn er bij jullie genoeg situaties bekent waarbij je weet dat er een kracht werkt, maar dat er toch geen verandering van snelheid is. Ga maar na, je zit stil op je stoel terwijl je weet, (voelt), dat er een zwaartekracht werkt. We gaan dan in de natuurkunde van de volgende regel uit. Als iets op zijn plaats blijft of niet van snelheid verandert, dan werken er krachten op dat voorwerp die elkaar precies opheffen, elkaar compenseren. Er is krachtenevenwicht.
Als een voorwerp een kracht ondervindt zal deze kracht de snelheid van dat voorwerp willen veranderen. Het kan zijn dat het voorwerp tegenwerkt en op zijn plaats blijft. Hiervoor zal het dan wel eerst moeten vervormen. Zie het voorbeeld van de man op de plank. Ook bij de man met de tas en de man met de koffer is dit het geval. De hand van de man wordt iets in elkaar geduwd en het hengsel van de tas rekt iets uit. Je ziet dat de aanwezigheid van krachten verschillende gevolgen voor een voorwerp kan hebben. Het voorwerp kan: vervormen; van snelheid veranderen; op zijn plaats worden gehouden de snelheid kan door de krachten constant gehouden worden; practicum 1 In dit practicum ga je aan de slag met het begrip kracht. Bij dit practicum komen de begrippen massa en volume, zwaartekracht en opwaartse kracht uit het vorige thema terug. Hier volgt een korte beschrijving van deze begrippen: Massa: hoe meer massa een voorwerp heeft, hoe groter de zwaartekracht wordt. Volume: hoe groter het volume, hoe meer ruimte een voorwerp inneemt. Opwaartse kracht: Een kracht die naar boven werkt. Je kunt de experimentjes het beste in 2-tallen uitvoeren Benodigd practicummateriaal: een velletje papier (ligt klaar, of vraag je docent). Experiment 1 Laat een velletje papier op borsthoogte los waarbij je het papier horizontaal houdt en let op hoe de snelheid van het papier tijdens de val verandert. Schrijf je waarnemingen op:..... Kies het juiste onderstreepte woord: Op de momenten dat de snelheid niet veranderde werkte er wel/ geen kracht. Op de momenten dat de snelheid wel veranderde werkte er wel/ geen kracht. De zwaartekracht wil het voorwerp wel/ niet de hele tijd sneller naar beneden laten gaan. Experiment 2 Laat nu het vel vallen van borsthoogte, maar houdt het nu verticaal en let op hoe de snelheid van het papier tijdens de val verandert.
Schrijf je waarnemingen op: Hier volgt een uitspraak over de zwaartekracht, kies het juiste onderstreepte woord: De zwaartekracht is in het 2 de experiment groter dan/kleiner dan/gelijk aan de zwaartekracht in het 1 ste experiment. Hier volgt een uitspraak over de opwaartse kracht, kies het juiste onderstreepte woord: De opwaartse kracht is in het 2 de experiment groter dan/kleiner dan/gelijk aan de opwaartse kracht in het 1 ste experiment. Opdracht 3 Bekijk het volgende filmpje eens: http://www.youtube.com/watch?v=nwo9l01g4ea Geef een verklaring voor datgene wat je gezien hebt door steeds het juist woord in de volgende zinnen te kiezen. 1. De massa van de hamer is groter/kleiner dan van de veer 2. Er is wel/geen lucht op de maan. 3. Er kan wel/geen opwaartse kracht, veroorzaakt door lucht, werken op de maan. 4. De zwaartekracht op de hamer is groter/kleiner dan op de veer. 5. De hamer zou door de grootte van de zwaartekracht sneller/langzamer moeten vallen dan de veer 6. Een veer breng je makkelijk/moeilijker in beweging. 7. De hamer zou door zijn grotere massa dan de veer moeilijker/makkelijker in beweging te brengen zijn dan de veer. 8. Als je alleen kijkt naar de massa zou de hamer sneller/langzamer moeten vallen dan de veer. Leg uit dat op grond van antwoorden 5 en 8 de hamer en de veer even snel vallen. De hamer wil aan de ene kant sneller vallen dan de veer, aan de andere kant langzamer dan de veer. Deze 2 zaken heffen elkaar precies op zodat hij even snel valt. Theorie 2 Netto-kracht, somkracht en resulterende kracht. Werken er meerdere krachten op een voorwerp, dan zal elk van die krachten de snelheid van het voorwerp willen veranderen. Soms zal de snelheid van het voorwerpen hierdoor veranderen, soms ook niet. Als de snelheid verandert, is dat altijd in één richting. Het effect van al die krachten samen is dus net of er maar één kracht werkt, alle krachten samen leveren één kracht. Deze kracht heeft een aparte naam, we noemen hem de resulterende kracht, (het resultaat van alle krachten samen), als afkorting schrijven we wel F r, of F res. In het plaatje hiernaast zie je een situatie waar er meerder krachten op een voorwerp werken. Cees en Ines trekken de kar van Onno naar rechts. Cees oefent een spierkracht uit van 63 N en Ines trekt met 59 N. Onno trekt de andere kant op met een kracht van 73 N. Er werkt dus 63 + 59 = 122 N de ene, en 73 N de andere kant op. Dat is hetzelfde als er één persoon met 122-73 = 49 N naar rechts zou trekken. De resulterende kracht is 49 N naar rechts. Omdat er hier sprake is van het optellen van krachten wordt de resulterende kracht ook wel de somkracht genoemd. Aan de andere kant zie je dat in het voorbeeld er niet alleen krachten worden
opgeteld, ze worden ook van elkaar afgetrokken, daarom wordt de resulterende kracht ook wel de netto kracht genoemd. Deze namen worden in de natuurkunde door elkaar heen gebruikt. Als de snelheid van een voorwerp niet verandert, dan blijft er na het samen nemen van de krachten blijkbaar geen kracht over die het voorwerp nog van snelheid wil veranderen. De resulterende kracht is dan 0 N. In dat geval is er sprake van een evenwicht. De resulterende kracht op een voorwerp is nul als dat voorwerp stil staat of met constante snelheid beweegt. Vragen Leg uit of in de experimenten die je in werkblad 1 hebt uitgevoerd er ook sprake zal zijn geweest van wrijvingskrachten en zo ja, welke invloed hadden die dan? 1. Een agenda ligt stil op de bank. Hoe groot is de somkracht? Leg uit. 0 N, stilstand 2. Een trein rijdt met een constante snelheid van 125 km/h Hoe groot is de resulterende kracht? Leg uit waarom. 0 N, constante snelheid 3. Een fietser waarop een zwaartekracht werkt van 740 N fietst met een snelheid van 15 km/h en remt met een kracht van 150 N. In de volgende vragen staat het begrip netto kracht centraal. a. Geef 2 andere woorden voor netto-kracht. b. Wat kun je zeggen over de netto kracht in horizontale richting? Alleen remkracht werkt, de nettokracht is dus 150 N. c. Wat kun je zeggen over de netto kracht in verticale richting? 0N, Fiets verandert niet van snelheid omhoog of omlaat. d. Hoe groot is de netto kracht als je stilstaat? 0 N, geen beweging. 4. Een schooltas waarop een zwaartekracht werkt van 70 N staat op de grond. a. Leg uit hoe groot de resulterende kracht op de tas is. 0 N, stilstand Je tilt de tas rustig, met constante snelheid op. b. Leg uit hoe groot je spierkracht is. Resulterende kracht 0 N, constante snelheid. Dus spierkracht gelijk aan zwaartekracht is 70 N. Je laat je tas los zodat deze weer op de grond valt. c. Hoe groot is de resulterende kracht tijdens het vallen? Alleen spierkracht werkt, dus resulterende kracht is 70 N. Theorie 3 Krachten in het verkeer Als er situaties zijn waar we elke dag rekening moeten houden met krachten, dan is het wel in het verkeer. Je wilt niet dat een auto tegen je aanbotst als je weer eens enthousiast naar school fietst. Je bent in het verkeer afhankelijk van het gedrag van de automobilist. Vandaar dat er goed gekeken wordt hoe je er voor kunt zorgen dat het risico op een botsing verkleint wordt. Aan de andere kant loop de automobilist ook een risico tijdens het botsen en moet hij ook beschermd worden. Het beste is natuurlijk om een botsing te vermijden. Dat kun je op de volgende wijzen proberen te doen: I. De alertheid van de bestuurder hoog laten zijn, of laten worden. II. De bestuurder een goed, beter overzicht laten hebben in een situatie.
III. De bestuurder ondersteunen met technische middelen die ervoor zorgen dat de bestuurder nog wel controle houdt op het voertuig als hij/zij dat zelf eigenlijk niet meer kan. Om de schade aan personen te beperken bij een ongeluk moet er voor gezorgd worden dat: IV. Krachten die op een persoon werken om hem tot stilstand te brengen langer kunnen werken zodat ze kleiner worden, de bots-afstand moet toenemen. V. Krachten die op een persoon werken meer worden verdeelt zodat ze kleiner worden, de druk op de persoon moet kleiner worden zodat de kracht op elk stukje van het lichaam kleiner wordt. 5. In de volgende video, veiligheid, worden allerlei maatregelen genoemd om de veiligheid te vergroten van de auto. a. Geef een korte beschrijving van elke veiligheidsmaatregel die genoemd wordt in de video b. Geef met de cijfers (I t/m V) aan in welke groep die hierboven genoemd wordt, deze maatregel valt. 6. Naast de veiligheidsmaatregelen die hierboven staan kun je ook maatregelen treffen buiten het voertuig. Geef met de cijfers (I t/m V) aan in welke groep die hierboven genoemd wordt, deze maatregelen vallen: a. Straatverlichting van wegen. b. Stoplichten. c. Verkeerborden. d. Lees het volgende stukje tekst en geef aan hoe hier de veiligheid vergroot wordt: Op de Nederlandse snelwegen is zeer open asfaltbeton (zoab) op dit moment het meest gebruikte asfalt. Zoab vermindert het verkeersgeluid en het opspatten van regen. Sinds begin 2007 is hier een nieuwe verbeterde variant op gekomen, genaamd zoab+. Dit wegdek is sterker en duurzamer dan gewoon zoab. e. Ga na de volgende site, Smart highway en bekijk het volgende filmpje onder aan de pagina op de site. Geef aan op welke manier de veiligheid hier vergroot wordt. Theorie 4 Vectoren Bij het blazen tegen het balletje moet je niet alleen rekening houden met hoe hard je blaast, maar ook in welke richting je blaast. Als het bij een grootheid niet alleen uitmaakt hoe groot de grootheid is, maar er ook rekening gehouden moet worden met de richting waarin de grootheid werkt, dan noemen we zo n grootheid een vectorgrootheid. Krachten behoren daar dus toe. Om beide aspecten van de kracht, (grootte en richting) duidelijk weer te geven wordt gebruik gemaakt van een vector. Een vector is een wiskundige naam voor een pijl die de volgende eigenschappen: 1. De pijl begint op de plaats waar de kracht werkt, het aangrijpingspunt. 2. De pijlpunt wijst in de richting waarin de kracht werkt. 3. In een tekening waarin meer krachten zijn getekend, wordt een grotere kracht ook met een grotere pijl aangegeven. In een situatie dat er tegen een voetbal wordt getrapt, begint de pijl daar waar de voet de bal raakt. Vervolgens wijst de pijl in de richting waar de kracht van de voet de bal heen wil sturen. Met de lengte
van de pijl geef je aan of de kracht groot of klein is. Deze situatie staat afgebeeld in de volgende tekening. Practicum 2 Benodigd practicummateriaal: een balletje, een vel papier en rietjes (liggen klaar of vraag docent). Opdracht 1 Zet op het vel papier een lijn en probeer het balletje langs de lijn te laten bewegen door er tegenaan te blazen. Kijk hoe goed dit lukt. Schrijf je waarnemingen op waarbij je er op let hoe de snelheid van het balletje verandert terwijl je blaast: Zolang als je blaast wil de kracht die je uitoefent op het balletje wel/niet de snelheid van het balletje veranderen. Als de snelheid van het balletje niet veranderde wat kun je dan zeggen over de resulterende kracht. Leg uit dat, als de snelheid constant is terwijl je blaast, er meer dan 1 kracht op het balletje moet werken. Vragen 7. In de tekening zie je een fietser staan voor een rood stoplicht en een mug die geraakt wordt door een vliegenmepper. a. Geef in tekeningen met een pijl de kracht aan die werkt op de fiets en de mug. Zorg dat de kracht op de juiste plaats begint en in de juiste richting wijst. 8. Een fietser rijdt met constante snelheid. Hieronder staan 3 afbeeldingen met daarop de fiets en de voorwaartse en achterwaartse kracht weergegeven, (voor het overzicht is de fietser weggelaten). a. Leg uit of de vectoren die hier getekend staan op de juiste plaats zijn getekend. Nee, ze zouden ergens op de fiets moeten werken b. Leg uit welke afbeelding bij de genoemde situatie hoort waarbij de snelheid van de fietser constant is. Snelheid constante, resulterende kracht is 0 N. Dus afbeelding b.
9. Plaats een plaatje van je voertuig hier en geef daar met behulp van vectoren aan welke krachten ze in welke richting uitoefen.