1. Krachten en hefbomen

Samenvatting voor NaSk1: Kracht en hefbomen

Wat is kracht?

Wanneer we in de natuurkunde spreken van kracht, dan hebben we het over een verschijnsel dat de snelheid, vorm of richting van een voorwerp kan veranderen. Als jij hard trapt op de fiets, gaat de fiets sneller vooruit. Als je hard tegen een bal aan duwt, verandert de vorm, en als de wind draait, verandert de richting waarin een vlag waait. De kracht heeft dus een grootte en een richting (trekken of duwen). Voordat we beginnen met het bespreken van wat voorbeelden, is het belangrijk dat jullie weten dat kracht wordt aangegeven met het symbool F. Dit kan je onthouden door te denken aan het woord ‘’force’’, wat in het Engels kracht betekent. De eenheid van kracht is Newton (N). De massa wordt gesymboliseerd door een (M) en de versnelling geven we aan met het symbool (A).

Wanneer we de kracht willen berekenen gebruiken we deze formule:

F = M * A

Waar F = kracht in Newton (N), M= massa en A=versnelling.

Zwaartekracht

Zwaartekracht is een bijzondere kracht; zonder deze kracht zouden wij namelijk niet blijven staan op de aarde. Kracht is eigenlijk iets geks, want je ziet het niet, maar elk voorwerp trekt elkaar aan. De hoeveelheid kracht die het uitoefent hangt af van hoe groot en zwaar het voorwerp is. Met de aarde werkt het zo: de aarde is zo groot en zo zwaar dat de aarde ons als het ware naar zich toe trekt. De maan is kleiner en minder zwaar, daarom trekt de maan ons met minder kracht naar zich toe en kun je daar een beetje zweven.

Wanneer we rekenen met zwaartekracht gebruiken we bijna dezelfde formule als we hiervoor hebben uitgelegd:

Fz = M * g

Hier is zwaartekracht weergegeven door Fz. Dit is makkelijk te onthouden, want je wist al dat F kracht betekent en de Z staat voor zwaarte oftewel: zwaartekracht. M is gewoon de massa, bijvoorbeeld het gewicht van jouw lichaam of een steen. G is de valversnelling in m/s: denk maar aan het Engelse woord gravity. Deze is toepasbaar op de zwaartekracht, want zoals je je kan voorstellen is de valversnelling op de aarde groter dan die op de maan. Als je op de maan een steen laat vallen, komt hij minder snel op de grond terecht dan op aarde. De valversnelling (g) van de aarde is 9,81 m/s.

Dus stel: jouw hond weegt 8 kg, wat is dan de zwaartekracht die de aarde uitoefent op je hond?

Fz = 8 * 9,81 = 78,48 Newton.

Spierkracht

Het voorbeeld van zwaartekracht moet je goed kennen. Het is misschien wat ingewikkeld, maar er zijn ook andere soorten krachten die wat makkelijker te begrijpen zijn. Denk bijvoorbeeld aan spierkracht. Met onze spieren kunnen we kracht uitoefenen op bijvoorbeeld een bal. Je kan de bal wegschieten, je kan ‘m optillen of platdrukken. Het symbool voor spierkracht is Fs. De S van spierkracht.

Veerkracht

Bij veerkracht gaat het om de kracht waarmee een voorwerp weer terug in zijn oorspronkelijke vorm wil terugschieten. Bijvoorbeeld de veren in je matras: zonder de veerkracht zou je door je matras heen zakken. De veren duwen je als het ware een beetje omhoog als je in bed ligt. Het symbool voor veerkracht is Fv.

Misschien heb je ooit ook wel gehoord van een veerunster. Dit is een haakje met een veer eraan, die het gewicht van bijvoorbeeld je koffer kan weergegeven. Je hangt je koffer aan de veerunster, de veer wordt uitgetrokken door het gewicht van de koffer, en op de schaalverdeling kan je aflezen hoe zwaar je koffer is.

Spankracht

Wanneer we het hebben over spankracht, dan hebben we het over de kracht die staat op bijvoorbeeld een touw of snaar. Als voorbeeld de gitaar: als je de snaren strakker aandraait, staat er meer kracht op de snaar. Het is belangrijk te onthouden dat de richting van spankracht altijd maar één kant op gaat.

Wrijvingskracht

Een andere gekke vorm van kracht is de kracht die ontstaat doordat twee voorwerpen langs elkaar wrijven, oftewel wrijvingskracht. Deze twee krachten gaan altijd in tegengestelde richting en er kan warmte bij ontstaan. Bijvoorbeeld wanneer je je handen in elkaar wrijft in de winter. Wat grappig is aan wrijving, is dat de snelheid van een object hierdoor wordt vertraagd. Er is dus een negatieve versnelling waardoor een object langzamer kan gaan bewegen. Een ander voorbeeld is een lekke band. Doordat je band lek is, is er meer wrijving tussen de band en de grond, waardoor je minder snel kunt fietsen.

Magnetische en elektrische kracht

Dan hebben we als laatste nog magnetische kracht en elektrische kracht. Deze krachten komen tot stand door elektrische ladingen die kracht op elkaar uitoefenen. Zoals je misschien al kan raden wordt magnetische kracht veroorzaakt door de kracht die een magneet kan uitoefenen op bijvoorbeeld ijzer. Elektrische kracht wekt krachten op door verschillen in elektrische lading. Als je hier meer over wilt weten kun je kijken naar onze video’s over elektriciteit.

Hefbomen

Het leuke aan een hefboom is dat je je kracht kunt versterken. Een hefboom bestaat uit 2 onderdelen: de hefboom en het draaipunt. De hefboom is het langste stuk tot aan het draaipunt, en het draaipunt is het onderdeel dat (je verwacht het niet!) draait. Door het hefboomeffect kan je door weinig kracht te zetten op de hefboom een grotere kracht creëren na het draaipunt. Het klinkt misschien een beetje vaag, maar we gaan het je uitleggen aan de hand van weer wat voorbeelden van hefbomen die we dagelijks tegenkomen.

Voorbeelden van hefbomen

Als eerste de tang. Je zou misschien niet in eerste instantie denken dat een tang een hefboom is, maar dat is het wel. Door het hefboomeffect kun je namelijk meer knijpkracht uitoefenen met een tang dan zonder.

Met een klauwhamer, gewoon een normale hamer, kun je gemakkelijk spijkers uit de muur halen dankzij het hefboomeffect. Een breekijzer lijkt daarin heel erg op de klauwhamer, maar omdat de hefboom van een breekijzer groter is, kun je een grotere kracht uitoefenen op een voorwerp dat je open wil wrikken.

Als je wel eens door de IKEA hebt gelopen, ken je deze hefboom misschien wel: de steekwagen. Met dit wagentje kun je bijvoorbeeld zware dozen tillen en wegrollen.

Wie zijn fietszadel ooit heeft moeten verstellen kent deze hefboom vast ook wel: de steek-, en ringsleutel. Hiermee kun je bouten losdraaien van bijvoorbeeld je fietszadel.

Als laatste voorbeeld hebben we dan nog de momentsleutel, waarmee je moeren vast kunt draaien. Bijvoorbeeld de wielmoeren in je auto.

Katrollen

De laatste soort hefboom die we gaan bespreken zijn katrollen. Een vaste katrol is een wieltje dat vast zit aan bijvoorbeeld het plafond, waar een touw overheen kan bewegen. Het kunstje van een katrol is dat het de richting van een kracht kan veranderen. Als je bijvoorbeeld een zware steen wil optillen, dan zou je een touw eraan vast kunnen maken en de steen aan het touw proberen op te tillen. Waarschijnlijk gaat dit moeilijk en zwaar. Door het touw aan een katrol vast te maken, gebeuren er twee dingen. 1. De richting van de kracht verandert. Je trekt nu niet meer het touw omhoog, maar naar beneden. 2. Het omhoog tillen van de steen gaat gemakkelijker door de katrol.

Als een katrol kan bewegen noemen we het een losse katrol. Een losse katrol gebruik je vaak in combinatie met een vaste katrol. Door de losse katrol kun je de kracht die je moet leveren om iets op te tillen halveren. Dit komt doordat het gewicht wordt verdeeld over twee katrollen. Deze combinatie van een vaste en losse katrol noemen we een takel. Hoe meer losse katrollen er in een takel zitten, hoe kleiner de kracht is die jij moet leveren.

Dan zijn we aan het einde gekomen van deze samenvatting over krachten en hefbomen. Je hebt geleerd wat kracht is en welke verschillende vormen van krachten er bestaan. Ook heb je geleerd hoe je de kracht kunt berekenen aan de hand van de massa en de versnelling. Als laatste heb je geleerd hoe je door middel van het hefboomeffect je kracht kunt vergroten. Succes met leren en vergeet niet om ook de andere video’s met uitleg voor NaSk 1 te bekijken, om zo je slagingskans voor toetsen en het examen te vergroten!