Krachten, arbeid

Werly stelde deze vraag op 06 december 2019 om 18:04.

Ik nu in het zesde jaar vwo en zou graag extra uitleg willen hebben hoe ik oefeningen met arbeid, centripetale kracht, wrijvingskracht, normaalkracht, bepaalde hoeken tussen kracht en voorwerp, versnelling,... goed kan aanpakken.
Kan iemand mij misschien hierbij helpen? Is er een bepaalde volgorde van tewerk gaan ofzo? Alvast bedankt. 

Reacties

Theo de Klerk op 06 december 2019 om 20:04
Daar is geen standaard methode voor. Uit je opmerkingen af te leiden heb je problemen met mechanica concepten en het uit elkaar houden van kracht, arbeid, energie en beweging. Daar helpt weinig anders voor dan alle mechanica hoofdstukken nog eens goed door te nemen.

Snelheid, versnelling:  alles rondom beweging (ook cirkelbeweging)
versnelling en massa leiden tot kracht (F=ma). Geen kracht, geen versnelling.
Krachten hebben grootte en richting (zijn vectoren). Daardoor kunnen er krachten zijn en per saldo geen of weinig beweging. Vectorieel optellen van krachten geeft de resulterende kracht.
Normaalkracht is de kracht die door een oppervlak loodrecht op dat oppervlak wordt geleverd. Vaak is dit gelijk (maar tegengesteld in richting) aan gewicht. Maar duwen tegen een muur of trekken aan een touw aan de muur geeft ook normaalkracht loodrecht op die muur.
Hoeken tussen krachten is een kwestie van meetkunde: gelijkvormige driehoeken hebben elk drie dezelfde hoeken en dat gebruik je (vooral bij hellingsproblemen).

Arbeid is door een kracht een massa over een afstand bewegen: W = F.s (= ma.s)
Arbeid is weggeven of opnemen van energie. Een voorwerp omhoog duwen kost jou arbeid maar die wordt opgenomen door het voorwerp: het krijgt evenveel meer energie.

Bij een probleem moet je een aantal vragen aflopen:
1) gaat het alleen over bewegingen? Dan zijn bewegingsvergelijkingen en krachteninvloed van belang

2) gaat het over begin- en eindtoestanden? Dan werkt beschouwen van energieen bij begin en eind vaak goed. Ook als het over bewegingen gaat waar geen tijd bij gegeven is.

3) Bij 1) is het vaak van belang alle relevante krachten te beschouwen die op een voorwerp werken. Wrijving, zwaartekracht, duwen/trekken.

Houd ook in de gaten dat mechanica het algemeen over krachten heeft en het niet van belang is waar die kracht vandaan komt. Bij specifieke situaties is dat wel zo.
Denk aan een ronddraaiend voorwerp.
Mechanica zegt dan dat de middelpuntzoekende kracht F = mv2/r

Als het om een elektron gaat in een magneetveld, dan is die kracht de Lorentzkracht, F = qvB.  Dan kun je stellen qvB = mv2/r   en vaak kun je dan gevraagde r of B uitrekenen.

Als het om een satelliet gaat rond aarde, dan is de kracht de zwaartekracht: F = GMm/r2 en is GMm/r2 = mv2/r  (waaruit de wetten van Kepler volgen)
Werly op 09 december 2019 om 23:31
Super! 
Uw uitleg was on point!
Enkel 1 vraagje:
Waar komt dan de energie-theorama van pas? En de behoud van mechanische energie? 
Jan van de Velde op 09 december 2019 om 23:47
dag Werly,

Je bedoelt het arbeid-energietheorema?
Dat is alleen maar een vereenvoudigde vorm van de algemene wet van behoud van energie. Het vertelt je eigenlijk alleen maar dat arbeid en bewegingsenergie dezelfde eenheid hebben en dat energie door arbeid geleverd kan worden omgezet in bewegingsenergie. 

Werly plaatste:

En de behoud van mechanische energie? 
Dat bestaat slechts in het bijzondere geval dat er geen weg is om mechanische energie in andere vormen van energie om te zetten. Dat dat geen algemene wet is wordt je in het dagelijks leven maar al te duidelijk gemaakt als je op een fiets kruipt: als je met je fiets eenmaal in beweging bent zou het fijn zijn als die mechanische energie behouden bleef totdat je het wel welletjes vond. Maar helaas: nog voor het eind van de straat houdt dat feest al op.

Dus dat werkt alleen als er slechts zg "conservatieve" krachten een rol spelen, zoals bijvoorbeeld zwaartekracht, waarbij de geleverde arbeid slechts afhangt van het hoogteverschil tussen begin- en eindpunt. In tegenstelling tot niet-conservatieve krachten zoals wrijving, die afhankelijk zijn van de totale lengte van de afgelegde weg


Conservatief betekent dus eigenlijk dat de bewegingsenergie die je inwisselt voor een grotere hoogte terugwinbaar is in mechanische vorm (in die zin behouden) terwijl de energie ingewisseld voor warmte dat niet is. 


groet, Jan
Theo de Klerk op 11 december 2019 om 10:16
En voor alle duidelijkheid bij Jans tekening: de energiewinst (zwaarte-energie) door langs het rode pad omhoog te gaan is even groot als langs de veel langere blauwe weg.

Behalve als er niet-conservatieve krachten zijn (zoals genoemde wrijving). Die treedt korter of langer op naarmate de weg korter of langer is. Dan is voor de blauwe weg meer energie nodig. De zwaarte-energie is uiteindelijk evenveel toegenomen, maar je bent veel energie kwijtgeraakt aan wrijving onderweg. Neem beide wegen maar eens met een aanlopende fiets. Langs welke weg word je het meest uitgeput? Die extra energie heb je verloren door die aan de wrijving van de wielen af te geven.

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

Roos heeft vijfentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Roos nu over?

Antwoord: (vul een getal in)