Normaalkracht

Stef stelde deze vraag op 06 oktober 2010 om 18:14.

Hallo,

Ik had een vraag over, zoals het onderwerp al zegt, de normaalkracht.

Stel, je hebt een voorwerp dat aan een touw hangt, het voorwerp is in rust, wil dit dan zeggen, dat de normaalkracht hetzelfde is als de spankracht in dat touw?

En ik heb nog een andere vraag, want op school hadden we een keer een voorbeeld, die in de bijlage te zien is, maar ik vraag me nu af, waar is de normaalkracht heen?

De tekening is een luifel AS (80 kg en 1,20 m), die met een kabel AB aan een muur vast zit.

is de normaalkracht hier dan opgedeeld over de y-component van het touw en de y-component van zogenaamde kracht Fs?

Of is hier gewoon geen normaalkracht? Of zit het nog anders?

Reacties

Jan op 06 oktober 2010 om 19:09

Dag Stef,

Normaalkracht is een kracht loodrecht op een oppervlak, als reactiekracht van een actieve kracht. Een oppervlak kan neit schuin ergens tegenaan duwen hè.

Bijvoorbeeld: een blokje rust op een horizontaal oppervlak. De zwaartekracht is naar beneden gericht. Het blokje versnelt niet, de nettokracht is dus nul. Dat kan alleen maar als de ondergrond een kracht naar boven uitoefent. Dié kracht noemen we de normaalkracht.

Als het oppervlak onder een helling staat hoeft de helling alleen maar dié component van de zwaartekracht te compenseren die loodrecht op de helling staat. 

Met het voorbeeld dat je geeft kan ik weinig. Oefeningen over krachten moeten eigenlijk altijd in een duidelijk plaatje zijn weergegeven, want anders ontstaan er steevast misverstanden.

Dus ik zou zeggen, maak eens een plaatje van die luifel, zo ongeveer als ik deed voor dat blokje op de helling in de bijlage, en plaats je plaatje in een bijlage. Dan kunnen we eens zien, ok?

Groet, Jan 

Theo op 06 oktober 2010 om 19:31

>dat de normaalkracht hetzelfde is als de spankracht in dat touw?

Even een uitstapje. De normaalkracht kom je meestal tegen in verhalen over reactiekrachten die de grond (of een tafel) uitoefent om een voorwerp dat door de zwaartekracht van de Aarde wordt aangetrokken, tegen te houden en daarmee in rust/evenwicht te houden. Zo zal een massa van 10 kg met een kracht van 10.g ≈100 N worden aangetrokken door de Aarde. Als die massa onbewegelijk op een tafel ligt dan zal deze tafel 100 N reactiekracht leveren: de krachten heffen elkaar op. Aangezien die tafel-reactiekracht omhoog gericht is en loodrecht op het tafelblad staat wordt het de normaalkracht genoemd (normaal = loodrecht in deze betekenis).

Als je nu zelf met een kracht van 50 N deze massa probeert op te tillen (lukt dus niet als hij 100 N weegt) dan hoeft de tafel nog maar 50 N normaalkracht te leveren om samen met jouw tilkracht de massa op zijn plaats te houden. De normaalkracht is dan dus kleiner. Til je het voorwerp op (met meer dan 100 N) dan levert de tafel helemaal geen normaalkracht meer - de massa is losgekomen van de tafel.

Kijkend naar een voorwerp dat stil aan een touw hangt, dan heb je een soortgelijke situatie: de Aarde trekt aan het voorwerp: dat noemen we het gewicht (een kracht). Het touw geeft een gelijke, tegengestelde kracht omhoog zodat er netto niets beweegt. Die reactiekracht noem je spankracht van het touw. Deze is altijd langs het touw gericht.

Duw je met je hand tegen de onderkant van het voorwerp aan met een bepaalde kracht omhoog, dan hoeft het touw minder spankracht te leveren. Als je het voorwerp omhoog beweegt dan is de spankracht helemaal nul en hangt het touw slap en lever jij alle kracht.

De functie van de spankracht in het touw en de normaalkracht op de tafel is dezelfde: een massa op zijn plaats houden. Beiden zijn reactiekrachten maar hebben hun eigen naam. De spankracht zou je als normaalkracht kunnen zien: een kracht gericht loodrecht op de doorsnede van het touw (en dus in de lengte van het touw), maar het is niet gebruikelijk spankracht een normaalkracht te noemen. Maar met "kracht" zit je altijd goed en omzeil je meestal nuttige toevoegingen als spierkracht, windkracht, normaalkracht, aantrekkingskracht, kernkracht, enz.

>De tekening is een luifel AS (80 kg en 1,20 m), die met een kabel AB aan een muur vast zit.

Ik zag geen tekening, maar ik neem aan dat de luifel horizontaal werd gehouden vanaf de muur in punt S naar uitstekende luifelpunt A en dat vanuit punt A een schuine kabel AB naar muurpunt B (stukje boven punt S) loopt om de luifel op zijn plaats te houden.

Je vermoeden is juist: de luifel hangt stil en dus er zijn geen netto krachten waardoor de luifel beweegt. Dat betekent dat de aantrekkingskracht van de luifel door de Aarde (het luifelgewicht) die naar beneden is gericht, moet worden opgeheven door een even grote kracht die naar boven is gericht.  Of door een paar krachten die tezamen die naar bovengerichte kracht leveren.

Waar zit die kracht? Dat is de spankracht van de kabel. Dat is een schuine kracht langs de kabel. Die kun je ontleden in een vertikale component (naar boven) en een horizontale (naar de muur). Die vertikale component moet even groot zijn als het luifelgewicht, maar tegengesteld gericht.  Daarmee is er geen netto vertikale kracht en beweegt er niets in vertikale richting.

Die horizontale component van de spankracht zou de luifel de muur in willen drukken, maar gelukkig levert de muur dan weer een reactiekracht (normaalkracht, loodrecht op de muur) die even groot is maar van de muur af gericht. En dus is er ook geen netto horizontale beweging en blijft de luifel "hangen".

>Of is hier gewoon geen normaalkracht?Of zit het nog anders?

Zoals je ziet is er een normaalkracht (door de muur geleverd) en een spankracht (door de kabel geleverd). Tezamen zorgen ze ervoor dat de luifel op zijn plek blijft. Kan de kabel niet voldoende spankracht leveren dan zal die breken en de luifel buigen of vallen. Kan de muur niet voldoende normaalkracht leveren dan zal de luifel de muur indrukken. Maar in statische gevallen beweegt er niets en heffen de krachten elkaar op.

 

Stef op 06 oktober 2010 om 19:31
Hallo Jan, Bedankt voor de reactie! Ik had geprobeerd er een bijlage bij te plaatsen, maar dat is denk ik dan niet helemaal gelukt. Dus ik probeer het nog een keer.



In de bijlage is het plaatje, als het goed is, dat in ons boek gegeven is. AS is hier de luifel, en AB is een kabel. Ik vraag me dus af, waar op dit plaatje nou eigenlijk de normaalkracht zit.. Ik hoop dat u begrijpt wat ik bedoel! Stef
Stef op 06 oktober 2010 om 19:36
Hallo Theo,Ik had nog niet gezien dat u ook al gereageerd had, dus ik heb weer geprobeerd de bijlage erbij te zetten, maar ik bedoelde het inderdaad zoals u zei.Dus als ik het goed begrijp, is er wel altijd een "normaalkracht", maar kan deze ook anders genoemd worden, bijvoorbeeld spankracht?Bedankt voor uw reactie! Ik denk dat ik het wel begrijp.Stef
Jan op 06 oktober 2010 om 23:05

als ik het goed begrijp, is er wel altijd een "normaalkracht", maar kan deze ook anders genoemd worden, bijvoorbeeld spankracht

 Je begrijpt het nog niet goed of je drukt jezelf ongelukkig uit. Zie Theo's reactie:

 de spankracht van de kabel. Dat is een schuine kracht langs de kabel.Die kun je ontleden in een vertikale component (naar boven)en een horizontale (naar de muur).

----------------------------

 Die horizontale component van de spankracht zou de luifel de muur in willen drukken, maar gelukkig levert de muur dan weer een reactiekracht (normaalkracht, loodrecht op de muur) die even groot is maar van de muur af gericht.

Groet, Jan

Theo op 07 oktober 2010 om 01:14

"Normaal" in "normaalkracht" betekent "loodrecht staan op". Daarom wordt de term normaalkracht gereserveerd voor aanduiding van (reactie)krachten die worden uitgeoefend door voorwerpen en daarbij qua richting loodrecht op die voorwerpen staan. Dus loodrecht op tafelblad, vloer, muur enz.

Andere (reactie)krachten die in het spel zijn hebben hun eigen naam - zoals bijv. spankracht. Of zwaartekracht of...

Het zijn allemaal (reactie)krachten, maar alleen de loodrecht-op-een-vlak staande krachten worden normaalkrachten genoemd.

 

Mijn verhaal over evenwicht en daarbij het opheffen van alle krachten was niet helemaal compleet/correct. Alle delen van de luifel worden door de aarde aangetrokken, over de volle lengte van de luifel. Op slechts 2 punten kan de omgeving een tegenkracht uitoefenen om de luifel op zijn plek te houden.

Ik noemde al punt A waar een (y-component van de) spankracht de zwaartekracht tegenwerkt, maar er is ook het punt S op de muur die een (y-component die een) opwaartse kracht uitoefent op de luifel. Beide opwaartse krachten in S en A tezamen heffen de neerwaartse Fzw zwaartekracht op.  Netto geen vertikale beweging naar boven of beneden.

En aangezien in punt S ook een (x-component) normaalkracht voorkomt dat de luifel de muur indringt, kun je beide FS,x en FS,y componenten vectorieel optellen zodat de vector FS onstaat die schuin omhoog wijst.

Als je Fzw , FA en FS vectorieel optelt (staart-punt koppelen) dan zul je zien dat de pijlpunt van FS bijt in de staart van Fzw en er netto dus geen kracht is, in geen enkele richting. Als je Fzw en FA kunt berekenen, dan ken je dus ook FS.

Die berekeningen zijn een beetje "wiskundig gedoe" want je moet 2 evenwichtscondities doorrekenen:

  1. geen translatie: Σ Fi = 0  De som van alle krachten is nul (en dus som alle x-componenten 0 en alle y-componenten 0):
  2. geen rotatie: Σ Mi = 0  De som van alle krachtmomenten is nul
    Een handige rotatieas hier is draaien rondom punt S.  
    FA wil een tegenklokrotatie van de luifel terwijl Fzw een kloksgewijze rotatie tot stand wil brengen. 
    Geen rotatie betekent dat de krachtmomenten van beide krachten (resp FA.2r1 en - Fzw.r1)  elkaar opheffen.

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Clara heeft tien appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)