Schuifwrijving en constante snelheid
Tim stelde deze vraag op 15 november 2022 om 13:29.Ik word een beetje in de war gebracht door de Fw,s,max bij een constante snelheid.
In mijn boek staat:
"Je spierkracht wordt tegengewerkt door de schuifwrijvingskracht Fw,s.
Als je een grotere kracht uitoefent, wordt de Fw,s ook groter totdat de Fw,s een Maximale waarde Fw,s,max heeft bereikt. Is je spierkracht groter dan Fw,s,max, dan komt de kist in beweging."
Maar later in het hoofdstuk leren we dan ook dat bij een constante snelheid langs een rechte lijn de resulterende kracht 0N moet zijn. Maar als de Fres 0 N moet zijn, kan de Spierkracht toch niet groter zijn dan de Fw,s, anders is de Fres toch niet meer 0 N? Maar als de Fspier niet groter is dan de Fw,s,max komt het voorwerp niet in beweging.
Is het dan de Fw,l die het teveel aan Fspier compenseert? De luchtweerstand, werkend op een kist bijvoorbeeld, is toch vrij klein zolang de snelheid niet erg hoog wordt en het frontaal oppervlak niet enorm is? Met de hand een kist verschuiven gaat bovendien bijna nooit met een hoge snelheid.
Graag hoor ik spoedig weerwoord,
Mvg,
Tim
Reacties
Zolang de kist in rust is, wordt de horizontale spierkracht opgeheven door de statische schuifwrijvingskracht. Hiervoor geldt, zoals in je boek staat: 'Als je een grotere kracht uitoefent, wordt de Fw,s ook groter totdat de Fw,s een Maximale waarde Fw,s,max heeft bereikt. Is je spierkracht groter dan Fw,s,max, dan komt de kist in beweging.'
Wanneer de kist beweegt, wordt de spierkracht tegengewerkt door de dynamische schuifwrijvingskracht, die bij benadering een constante grootte heeft en doorgaans kleiner is dan de maximale statische wrijvingskracht.
Als de spierkracht even groot is als de dynamische wrijving, is de resulterende kracht nul en beweegt de kist met een constante snelheid.
Als de spierkracht groter is dan de dynamische wrijving, is de resulterende kracht niet nul en ondergaat de kist een versnelling.
Stel dat de maximale statische wrijving 5 N is en dat de dynamische wrijving 3 N is.
Kun je uitleggen wat er gebeurt als je spierkracht langzaam toeneemt van 0 N tot 6 N?
Hierbij is aangenomen:
• dat de ondergrond horizontaal en overal even ruw is.
• dat we de luchtweerstand kunnen verwaarlozen.
Groet, Jaap
Pas als je voldoende hard duwt (misschien met 2 personen) dan blijkt de duwkracht groter dan wat de grond aan maximale wrijvingskracht ( F = μ Fnormaal op de kast) kan leveren en begint de kast te schuiven: netto kracht > 0 N en dus een netto versnelling. De kast zal ook steeds sneller gaan bewegen als jullie even hard blijven duwen.
Eenmaal in beweging (snelheid v) kun je besluiten minder hard te duwen, feitelijk net zo hard als de maximale wrijving die de grond kan leveren. Dan is de netto kracht weer 0 N en blijft de snelheid constant. Alleen is die nu gelijk aan v m/s en niet 0 m/s dus blijft de kast met vaste snelheid doorschuiven.
Luchtweerstanden zijn inderdaad verwaarloosbaar. Die zijn afhankelijk van v2 en bij lage snelheid is die tegenwerking mininiem.
Dank Jaap en Theo voor de reacties, het heeft mijn verwarring verholpen!
Als reactie op Jaap:
Dank voor uw uitleg over statische en dynamische schuifwrijvingskracht, hier heb ik het tot nu toe nog niet over gehad op school, maar verdieping vind ik leuk en is altijd welkom.
Met uw uitleg in gedachte denk ik dat wanneer de spierkracht toeneemt van 0 N tot 6 N, de kist pas in beweging komt als de spierkracht boven de 5 N uitkomt en zo groter is dan de statische schuifwrijvinskracht. En als we doorgaan met duwen tot 6 N, zal de kist een versnelling ondervinden aangezien de dynamische schuifwrijvingskracht maar 3N is.
Klopt dit?
Mvg,
Tim
Je uitleg klopt.
Verwarring en verwondering hebben in de geschiedenis van de natuurkunde dikwijls de aanzet gegeven tot belangrijke nieuwe inzichten.
Nadat de spierkracht in het voorbeeld de snelheid van de kist enige tijd heeft laten stijgen, neemt de spierkacht een nieuwe constante waarde van 2 N aan.
A Aaliyah zegt dat de snelheid van de kist geleidelijk zal afnemen tot nul.
B Boris zegt dat de snelheid eerst geleidelijk en daarna abrupt afneemt to nul.
C Camiel zegt dat de snelheid afneemt, maar niet tot nul.
D Dunya zegt dat Aaliyah, Boris en Camiel allemaal ongelijk hebben, want…
Groet, Jaap
Antwoord C kan ik denk ik wel afstrepen, want als de spierkracht niet groter is dan de weerstandskracht blijft het voorwerp niet bewegen.
De voorwaartse kracht is 2 N, en de dynamische weerstandskracht is 3 N waardoor de Fres -1 N wordt.
Het enige waar ik aan zou kunnen denken is toepassen van Fres = m x a, hoewel we geen massa hebben van de kist laat deze formule zover ik op school behandeld heb altijd een eenparig versnelde of vertraagde beweging zien.
Ik zou dus denken dat antwoord A correct is, maar heel zeker ben ik er niet van.
Ik ben benieuwd naar het antwoord.
Mvg,
Tim
Laten we aannemen dat de spierkracht inderdaad abrupt daalt van 6 naar 2 N.
Je redenering om keuze C af te strepen, is juist.
Voor B kan ik geen goede redenering vinden. Denkt Boris soms aan de twee verschillende waarden van de wrijvingskracht?
Keuze A is goed. Zolang de kist beweegt, heb je te maken met de dynamische wrijving. Inderdaad is de resulterende kracht 1 N achterwaarts, zodat de kist wordt geremd. Als hij tot stilstand is gekomen, is de spierkracht van 2 N kleiner dan de maximale statische wrijving van 5 N, De persoon blijft duwen, maar de kist verroert zich niet meer. De kist gaat niet achteruit, doordat de statische wrijving nu slechts 2 N bedraagt.
A is goed. Sneu voor Dunya.
Groet, Jaap