Wet van Arbeid en Kinetische Energie ~grafiek

Leana stelde deze vraag op 18 oktober 2025 om 05:45.

Hoi,

In de bijlage die ik meestuur, kom ik bij Figuur 8.13 de volgende zin tegen: "In figuur 8.13 zie je dat de arbeid die door de zwaartekracht en de wrijvingskracht samen is verricht steeds gelijk is aan de toename van de kinetische energie."
Ik zou graag wat meer uitleg willen over wat deze zin precies betekent in de context van de grafiek.
 

Als iemand me hierbij kan helpen, zou dat heel fijn zijn.

Alvast bedank!

Groetjes, Leana 

Reacties

Theo de Klerk op 18 oktober 2025 om 09:35

Als iets valt neemt de Ez af en wordt die vrijkomende energie aan andere objecten gegeven. De vrijkomende energie komt als arbeid Wz vrij. Die is beschikbaar om de energie van andere voorwerpen (systemen) te verhogen maar een deel kan ook in on-herbruikbare energie (in de vorm van warmte)  worden omgezet. 

De luchtwrijving is zo'n on-herbruikbare energie. Het neemt een deel van de arbeid op (de lucht wordt iets warmer). De arbeid die het opneemt is W=Fs cos φ  en is negatief omdat de vector s en wrijvingskracht F onder een hoek van φ=180 graden (tegengesteld) staan (cos 180° = -1). Vandaar dat Ww onder de x-as (E=0) getekend is. Daarmee blijft van de arbeid over:  Wz - Ww

Als je Ww aftrekt van Wz kan houd je een hoeveelheid arbeid over die aan een vallend object kan worden gegeven. Dit object zet die arbeid om in energie - in dit geval kinetische energie. De toename van de kinetische energie is gelijk aan de opgenomen arbeid:  Ek = (Wz - Ww)
(hier komt de formule vandaan die je misschien in je boek gelezen hebt: de W = ΔEkin waarbij W de netto arbeid is, d.w.z. als alle arbeid is verdisconteert - hier zwaarte-arbeid minus de wrijvingsarbeid).

De vertikale lijn tussen de grafieken Wz en Ek is dan ook steeds precies even groot als de lijn tussen E=0 x-as en de wrijvingsarbeid Ww  (en het oppervlak tussen Wz en Ek is even groot als tussen de x-as en Ww).

Zie arbeid als de uitwisseling van energie tussen systemen. Zoals een geld-overschrijving tussen bankrekeningen (van energie). Energie kun je opslaan (bankrekening), arbeid niet (bestaat slechts als overschrijving). In ideale gevallen neemt de ene rekening evenveel af als de andere toeneemt (alle arbeid wordt weer als energie opgeslagen). In niet-ideale gevallen wordt iets van de overschrijving afgeroomd ("bankkosten"): dan wordt een deel van de arbeid in warmte omgezet en komt niet ten goede van de bankrekening waarnaar is overgemaakt.
In het geval van een vallend voorwerp wordt dus niet de hele vrijkomende zwaarte-energie als kinetische energie omgezet (via ideale arbeid omstandigheid) maar slechts een groot deel. Het missende deel wordt opgenomen door de wrijvingsarbeid.

Pieter Kuiper op 18 oktober 2025 om 09:36

Je kunt in de grafiek kijken naar één bepaald moment, bijvoorbeeld bij de t = 9 sekonden. Daar is de zwaartekrachtarbeid 8,4 kJ en de wrijvingsarbeid -1,5 kJ. De som daarvan klopt met de kinetische energie van ongeveer 7 kJ. 

(Zelf praat ik daar liever iets anders over dan de opgave, ik heb het niet zo op negatieve arbeid, dat kan verwarring veroorzaken vind ik.)

Jaap op 18 oktober 2025 om 10:53

Dag Leana,
Pieter geeft een goed voorbeeld van hoe je de door jou geciteerde zin kunt lezen in de context van het diagram.
Meer in het algemeen: de wet van arbeid en energie (Binas tabel 35 A4) houdt in dat de som van alle porties $Sigma W$ arbeid die op een voorwerp worden verricht, gelijk is aan de verandering van de kinetische energie $\Delta E_\text{k}$ van dat voorwerp.
In het diagram is elke portie arbeid apart weergegeven. Voor elke portie geldt

Bij de wrijvingsarbeid is de wrijvingskracht $F_\text{w}$ tegengesteld gericht aan de verplaatsing $s$, zodat $\alpha=180$ graden en $\cos\,\alpha=-1$. Zodoende 'is de wrijvingsarbeid min', negatief. De kinetische energie wordt hierdoor minder groot.

De wet van arbeid en energie volgt uit de tweede wet van Newton en geldt ook nu er een wrijvingskracht meedoet.
Terecht wordt in je voorbeeld de wet van arbeid en energie toegepast. Niet de wet van behoud van energie, want die gebruiken we voor de totale kinetische plus potentiële energie aan het begin en het eind:

Voor de wrijvingskracht kunnen we geen potentiële energie definiëren. Wrijvingskracht is niet wat we noemen een 'conservatieve kracht'. Daarom past de wet van arbeid en energie goed bij je voorbeeld.
In vragen van het centraal examen vwo staat soms uitdrukkelijk dat je de wet van arbeid en energie moet gebruiken. Dat oefen je hier.

Opmerkelijk: bij de verticale as van het diagram staat wel 'energie (kJ)', maar 'arbeid' ontbreekt. Arbeid is geen energie. Ook al zijn de getallen en eenheden vaak gelijk, het blijven verschillende grootheden.
Groet, Jaap

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

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

Antwoord: (vul een getal in)