Wetten van Newton - breken

Anton stelde deze vraag op 29 februari 2024 om 16:54.

De derde wet van Newton stelt dat krachten altijd in paren voorkomen: Als een object A een kracht op een object B uitoefent, oefent object B gelijktijdig een evengrote tegengesteld gerichte kracht uit op object A .

Een object dat op een ondergrond staat, oefent een gewicht uit op de die ondergrond. Als reactie daarop oefent de ondergrond een normaalkracht uit of het betreffende object.

Hoe zit het met de actie en de reactiekracht als de ondergrond breekt?

Denk bijvoorbeeld aan een object dat door het ijs zakt.

Reacties

Jan van de Velde op 29 februari 2024 om 17:04
Dag Anton,

Krachtenparen is niet per se een kwestie van krachten en reactiekrachten. 
De aarde trekt aan dat object, maar andersom trekt dat object ook aan de aarde.

Groet, Jan
Theo de Klerk op 29 februari 2024 om 17:17
Actie=reactie is een wel handige maar feitelijk incorrecte samenvatting. De reactiekracht volgt niet op de actiekracht - die is er gelijktijdig. En ze zijn er ook allebei tegelijk niet.  Massa's: die trekken elkaar aan. Twee krachten gelijktijdig. Wel een paar (van het type actie=reactie of beter 3e Wet van Newton).

Als je ineens door het ijs zakt: dan geeft de normaalkracht (actie ijs) een kracht OP de persoon en is er gelijktijdig een even grote kracht van persoon OP het ijs (reactie). De grootte is minder dan de zwaartekracht!
Het is dus niet zo dat het gewicht van de persoon de actiekracht en het ijs de reactiekracht geeft. Het ijs levert een (normaal)kracht en de persoon een gelijke tegenkracht. Ze zijn er gelijktijdig en niet als gevolg van elkaar. In dit geval is er de (normaal) ijskracht die slechts qua grootte een gedeelte van de zwaartekracht van de persoon compenseert.

De nettokracht op een voorwerp bepaalt de uiteindelijke beweging:
bij de man: 
1) zwaartekracht trekt naar beneden. 
2) Indien het ijs zou houden: Fijs zou gelijk zijn aan het gewicht (=in grootte gelijk aan zwaartekracht).  Als Fijs kleiner is dan zal het breken.
Netto kracht op persoon = zwaartekracht - ijskracht = kleinere kracht naar beneden. Door het ijs.
Kort daarna is Fijs = 0 N geworden (gebroken) en val je met volle versnelling (afgezien van wat water-tegenstand volgens hetzelfde principe als Fijs) naar beneden tot iets je wel tegenhoudt (de bodem).

Zelfde idee: duwen tegen iets dat wrijving met de grond heeft. Als je niet duwt is er geen wrijving. Als je wel duwt dan neemt de wrijvingskracht gelijk toe met je duwen tot een bepaald maximum waarna alles gaat schuiven.
Anton op 29 februari 2024 om 18:31
Bedankt voor de goede uitleg! Dat maakt het erg duidelijk.


Dat de krachten gelijktijdig aanwezig zijn en niet als gevolg van elkaar is mij zo goed als duidelijk.

Wat ik mij nog afvraag (intentie van deze topic), is hoe groot het gewicht op het ijs en de normaalkracht van het ijs zijn en waarom?

Is er zoiets als een te groot gewicht en/of te grote normaalkracht?


Als de persoon op een ondergrond zou staan die de sterk genoeg is om diegene tegen te houden, is het gewicht van het object gelijk aan de grootte van de zwaartekracht. De normaalkracht van de ondergrond op het object is dan even groot en er is evenwicht. Dat is duidelijk.

Maar als de persoon vervolgens op een te dunne laag ijs stapt, breekt het ijs. 

Inuitief zou ik denken dat het gewicht (kracht op het ijs) net zo groot zou moeten zijn als in het geval dat de ondergrond die de persoon wel kan houden. Dat is immers de grootte van de kracht waarmee op de ondergrond geduwd wordt.  Maar uit het voorbeeld blijkt dat het gewicht dan even groot is als een bepaalde (maximale?) waarde van de normaalkracht. 
 

Theo de Klerk op 29 februari 2024 om 18:47

>  Wat ik mij nog afvraag (intentie van deze topic), is hoe groot het gewicht op het ijs en de normaalkracht van het ijs zijn en waarom?
Is er zoiets als een te groot gewicht en/of te grote normaalkracht?

Je snapt het nog niet vrees ik. De kracht die ijs uitoefent (normaalkracht) OP de persoon geeft een tegenkracht van de persoon OP het ijs. Die krachten zijn gelijk groot. Helaas is de zwaartekracht groter,  Dus zak je er door.
Gewicht is een kracht die de persoon uitoefent OP een oppervlak (zou ijs kunnen zijn als het hield) waarbij het oppervlak een gelijke kracht terug uitoefent (meestal normaalkracht genoemd) als die ondergrond houdt. Als je er doorzakt dan is er geen gewicht. Iemand in vrije val heeft ook geen gewicht (alleen Amerikanen komen met iets als "virtueel/schijnbaar gewicht" met een heel andere zienswijze). Zak je door het ijs dan is er dus ook geen gewicht - alleen een ijs-normaalkracht en een gelijke kracht van persoon op ijs. Blijft een grotere zwaartekracht over en "dus" zak je erdoor.

Er is geen te groot (klein/net goed) gewicht. Er is gewicht of geen gewicht. 

Dus ook bij een tafel met een voorwerp erop: de tafel geeft een normaalkracht gelijk in grootte aan de zwaartekracht op het voorwerp. De reactiekracht van het voorwerp heet in dit geval "gewicht". Als de normaalkracht kleiner is, heet het geen gewicht en wordt het voorwerp door (een niet gecompenseerd deel van) de zwaartekracht aangetrokken en beweegt: het zakt door de tafel heen.

Anton op 29 februari 2024 om 19:51
Ik probeer het te begrijpen. Een paar dingen zijn nog niet helemaal duidelijk.

Stel dat een bolvormig object met een constante snelheid over een ijsvlakte rolt. De dikte van het ijs neemt geleidelijk af over de loop van het traject. Op een bepaald punt is het ijs te dun en breekt het, waarna het object er doorheen zakt. 

Zolang het ijs dik genoeg is, zijn de zwaartekracht en de normaalkracht even groot. Dan is er ook sprake van "gewicht".

Als het ijs gebroken is, kan het ijs geen normaalkracht meer op het object uitoefenen en kan het object het ijs niet meer belasten (geen gewicht). In de verticale richting is de zwaartekracht dan de enige kracht die nog op het object werkt, waardoor het in die richting gaat versnellen. Dat is duidelijk.

Maar wat zorgt er voor dat het ijs dan op een bepaald punt breekt? De zwaartekracht werkt immers op het rollende object zelf en niet op het ijs. De kracht die het object op het ijs uitoefent is dan toch het gewicht, wat verdeeld over een bepaalde oppervlakte een bepaalde druk op het ijs vormt?

Of klopt dit niet?
Theo de Klerk op 29 februari 2024 om 20:10
Je denkt nog steeds de verkeerde kant op. Gooi "gewicht" (=even groot als zwaartekracht) eens uit je hoofd.

IJs geeft een normaalkracht. Als die bij een bepaalde dikte maximaal 100 N kan zijn, dan kan elk voorwerp dat door de zwaartekracht met 100 N of minder wordt aangetrokken, op het ijs blijven.
Als het voorwerp met 80 N wordt aangetrokken, dan is ook de normaalkracht van ijs maar 80 N. En niet 100 N (dan zou het voorwerp een duw omhoog krijgen).
Als het ijs dunner wordt kan het minder normaalkracht geven, bijv. 50 N. Een voorwerp dat met 80 N wordt aangetrokken, geeft een reactiekracht (slechte woordkeuze) van ook maar 50 N.  Netto blijft er een kracht van 30 N over waardoor het voorwerp door het ijs zakt.

"Gewicht" is een naam die overeenkomt met de kracht waarop een voorwerp op de ondergrond duwt - door welke reden ook. Dat is meestal zwaartekracht maar kan ook zijn door een versneld omhoogschietende raket (dan is je gewicht ineens veel meer). "Gewicht" is dan de reactiekracht van een voorwerp met als evenknie de normaalkracht van de ondergrond. 

In alle gevallen waar je door de ondergrond heen zakt is er geen gewicht. Alleen een reactiekracht gelijk aan de normaalkracht van die ondergrond. Die wijst wel in dezelfde richting als wat je "gewicht" zou noemen, maar het is geen gewicht. En als de ondergrond verdwijnt/breekt dan is er helemaal geen normaalkracht, ook een reactiekracht en is de resulterende kracht op het voorwerp de zwaartekracht: het valt.

Anton op 29 februari 2024 om 21:01
"Als het ijs dunner wordt kan het minder normaalkracht geven, bijv. 50 N. Een voorwerp dat met 80 N wordt aangetrokken, geeft een reactiekracht (slechte woordkeuze) van ook maar 50 N. Netto blijft er een kracht van 30 N over waardoor het voorwerp door het ijs zakt."

Is het niet zo dat zodra de kracht verdeeld over een bepaalde oppervlakte (druk) groter wordt dan het maximaal houdbare dat het materimaal platisch gaat vervormen? In dit geval het breken van het ijs.

Dan zou het ijs toch direct moeten breken zodra de maximaal houdbare grootte overschreden wordt. In dit geval bij het punt waar de houdbare kracht minder dan 80 N (per oppervlakteenheid) bedraagt.

Als het ijs dan breekt, kan het toch geen normaalkracht meer blijven uitoefenen?

Dus hoe kan het ijs op dat eerder genoemde punt een normaalkracht van 50N uitoefenen?
Theo de Klerk op 29 februari 2024 om 22:34
>Is het niet zo

Ja en nee maar dat doet hier helemaal niet ter zake. Op schaatsen zak je er door, op lange skilatten niet. Dat heeft alles met druk te maken. Of te wel met de kracht op een plek. Dus inderdaad zijn de tekeningen eerder bedoeld als maximale kracht per oppervlakte-eenheid. Daarin kan bijv. max 50 N worden gegeven. Als een voorwerp met 80 N op dat oppervlak drukt, dan zak je erdoor.

Als ijs breekt dan oefent het geen normaalkracht meer uit. Tijdens breken een beetje (tussen 50N (begint te breken) en 0 N (gebroken) ), daarna niet meer. Zoals al herhaald gemeld.

Deze post begint op die andere van je te lijken: een eindeloze reeks herhalingen.
Anton op 29 februari 2024 om 23:38
Het is helder zo. Bedankt voor de hulp.

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

Noortje heeft negen appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Noortje nu over?

Antwoord: (vul een getal in)