Hoofdstuk 12 Constructies KG4

• newEditor
• Natuurkunde
• Middelbare school
• vmbo t
• Leerjaar 4

Hoofdstuk 12 Constructies

Learning objective

VMBO-KG

Kennen en kunnen paragraaf 12.1

• Je kunt uitleggen wat een constructie is.

• Je kunt uitleggen dat de op een constructie trek- en duwkrachten werken.

• Je kunt uitleggen wat steunvlak en stabiliteit met elkaar te maken hebben.

• Je kunt de zwaartekracht van regelmatige gevormde voorwerpen bepalen.

Constructie

Alle onderdelen van een bushokje vormen een constructie. Een constructie is nodig om in vorm te blijven en draagt krachten.

Bestaat uit meerdere onderdelen

Iedere constructie kan een verschillende functie hebben, bijv.: sterk of waterdicht

Dak bestaat vaak uit spanten = balken die het dak dragen.

Dak afwerken met waterdichte materialen: bitumen, dakpannen of glasplaten

Constructie stevig maken

Staalconstructie bestaat uit driehoeken:

sterk en vormvast

Constructie moet sterk zijn en bestand

tegen grote belasting = inwerking van krachten

op een constructie

Vierhoek met diagonaal zorgt voor stevigheid

Drukkracht of trekkracht

Als auto vooruit rijdt --> trekkracht

Als auto achteruit rijdt --> dan drukt sleepstang ook andere auto achteruit -->

Let op: dit is geen sleepkabel maar een stalen buis.

Drukkracht of trekkracht

In rode kabels : trekkrachten

In zwarte pijlen (stangen) : drukkrachten

In een constructie kan je stang alleen vervangen

door een kabel als er een trekkracht op werkt.

Zwarte pijlen (stangen) kunnen dus niet vervangen door kabels.

Maximale belasting: hoe groot krachten zijn waartegen constructie maximaal bestand is.

Constructie vangt krachten op

Bij A: tijdens de vlucht buigen vleugels naar boven

Bij B: als vliegtuig is geland, buigen vleugels

naar beneden door eigen gewicht

Constructie vangt krachten op

Constructie van overspanning

Betonwagen op de overspanning staat: constructie buigt iets door

Daardoor aan onderkant: trekkrachten (groen)
en bovenkant drukkrachten (blauw)

Beton

Beton kan niet tegen trekkrachten: scheuren

Betonijzer toevoegen: gewapend beton

Betonijzer neemt trekkrachten op

Beton is wel goed in opvangen drukkrachten

Zwaartepunt

Zwaartepunt is aangrijpingspunt van F_z.

Ander woord: massamiddelpunt

Homogeen voorwerp is massief en bestaat uit één stof (bijv. wegdek, ijzeren staaf, aluminium balk, glasplaat)

Bij homogeen voorwerp ligt het zwaartepunt in snijpunt van lichaamsdiagonalen.

Zwaartepunt

Homogeen voorwerp = voorwerp wat in geheel hetzelfde materiaal is.

Zwaartepunt

Zwaartepunt

Zwaartepunt boven steunvlak: valt niet om

Steunvlak = tussen steunpunten

Rechts zwaartepunt buiten steunvlak,

dus niet stabiel en gaat kantelen.

Zwaartepunt mens: navel

Steunvlak tussen voeten.

Zwaartekracht berekenen: Fz = m x 10

(massa in kg)

Steunvlak en stabiliteit

• Het steunvlak is het gebied tussen de steunpunten

• Een groot steunvlak geeft meer stabiliteit

• Een voorwerp valt om als het zwaartepunt buiten het steunvlak komt

Gebruik voorbeelden als een kast, stoel of mens die breed of smal staat.

Wat is een spant?

A

een touw

B

dakbedekking

C

balken die het dak dragen

D

de binnenkant van een muur

Waarom bestaat het frame van een fiets uit meerdere driehoeken?

A

Driehoeken zijn makkelijk te vormen constructies

B

Driehoeken zijn mooie vormen voor een fiets

C

Driehoeken zijn niet zwaar

D

Driehoeken zijn vormvast en stevig

Wat is de zwaartekracht van de balk met een massa van 35 kg?

In welke richting moet Mats zijn zwaartepunt (Z) verplaatsen om stabieler te fietsen?

A

meer naar voren

B

meer naar achteren

C

naar beneden

D

naar boven

Opdracht

maken vraag 1 t/m 29 van paragraaf 12.1

Paragraaf 12.2 Veilig construeren

Kennen en kunnen

• Je kunt veiligheidsmaatregelen noemen die in de constructie van een auto zijn aangebracht.

• Je kunt de voordelen van profielen in constructies noemen.

• Je kent zes verbindingstechnieken.

Hoe construeer je een veilige auto?

Zelf lezen:

• Hoe construeer je een veilige auto? blz. 355

  • Bedenk een beschrijving voor de volgende begrippen: veiligheidskooi, kooiconstructie, kreukelzone, ADAS.

Hoe maak je een lichte constructie?

Zelf lezen:

• Hoe maak je een lichte constructie? blz. 356

  • Bedenk hoe je een sterke constructie kan maken.

  • Geef in eigen woorden aan waarom H-profielen en kokerprofielen gebruikt worden.

  • Vul in: Hoe hoger het H-profiel hoe ....... de constructie.

Hoe houd je een constructie bij elkaar?

Zelf lezen:

• Hoe houd je een constructie bij elkaar: blz 356 + 357

  • Benoem de 6 verbindingstechnieken.

  • Welk nadeel hebben sommige verbindingstechnieken?

Welk deel van de constructie van een auto neemt geen bewegingsenergie op?

Profielen zijn lichter dan even sterke massieve delen

A

waar

B

niet waar

Profielen roesten minder dan massieve delen

A

waar

B

niet waar

Opdracht

maken vraag 1 t/m 23 paragraaf 12.2

practikumopdracht: Wedstrijd bruggen bouwen

Je gaat een zo stevig mogelijk brug bouwen die minimaal 40 cm overspant.

Je krijgt daarvoor als bouwmateriaal papier (printpapier). Verder mag je gebruik maken van schaar, lijm, plakband, touw en wat je wellicht nog meer nodig hebt.

Bedenk eerst samen een plan voordat je gaat bouwen.

Denk aan:

• driehoeken

• kokerprofielen

• H-profielen etc.

Aan het einde van de les testen we alle bruggen. Welke kan het meeste gewicht dragen?

Paragraaf 12.3 Krachten en Hefbomen

Kennen en kunnen

• Je kunt een kracht tekenen met behulp van een pijl

• Je kunt het moment van een kracht berekenen.

• Je kunt rekenen met de hefboomregel

Kracht

Pijl

• grootte

• richting

• krachtenschaal

• aangrijpingspunt

-voortstuwende kracht = gevolg van

spankracht en zwaartekracht

-wrijvingskracht = tegengesteld aan

voortstuwende kracht

Het moment van een kracht

F is de spierkracht van jou

l is de lengte van de arm tussen kracht en draaipunt

Oefenen

Je gebruikt een moersleutel met een kracht van 140 N.

De afstand van de kracht tot het draaipunt is 25 cm.

Bereken het moment op de moer.

1

2

3

4

5

Oefenen

Je gebruikt een moersleutel met een kracht van 140 N.

De afstand van de kracht tot het draaipunt is 25 cm.

Bereken het moment op de moer.

1 F = 140 N l = 25 cm = 0,25 m

2 M?

3

4

5

Oefenen

Je gebruikt een moersleutel met een kracht van 140 N.

De afstand van de kracht tot het draaipunt is 25 cm.

Bereken het moment op de moer.

1 F = 140 N l = 25 cm = 0,25 m

2 M?

3 M = F x l

4 M = 140 x 0,25 = 35

5 dus M = 35 Nm

Hoe kleiner de kracht, hoe groter het moment

A

waar

B

niet waar

De eenheid van moment is Nm

A

waar

B

niet waar

C

Hefboomregel

Hefboomregel

1. l₁ = 12 cm, l₂ = 6 cm, F₁ = 75 N

2. F₂?

3. F₁ x l₁ = F₂ x l₂

4. Links: 75 x 12 = 900

Rechts: F₂ = 900 : l₂

Rechts: F₂ = 900 : 6 = 150

5. Dus F₂ = 150 N, als de hefboom in evenwicht is.

Hefboomregel

Een breekijzer of koevoet heeft ook de hefboomregel.

Hiermee kan je grotere krachten uitoefenen.

F₂, de spierkracht, kan je hier uitrekenen

met de hefboomregel

Hefboomregel

1. l₁ = 4 cm, l₂ = 30 cm, F₁ = 200 N

2. F₂?

3. F₁ x l₁ = F₂ x l₂

4. Links: 200 x 4 = 800

Rechts: F₂ = 800 : l₂

Rechts: F₂ = 800 : 30 = 26,7

5. Dus F₂ = 27 N, de spierkracht

Hefboomregel

Een walnootkraker heb je ook een kleine spierkracht die vervolgens een grotere kracht heeft vlakbij het draaipunt.

Dit is een hefboom.

Dus ook hefboomregel.

Eigenlijk zelfs 2 hefbomen, spierkracht

werkt op beide handvaten

Bereken de spierkracht die nodig is.

Opdracht

Maken vraag 1 t/m 24 van paragraaf 12.3

Opdracht: uitvoeren practicum 1 blz 375

Balkonbelasting

Opdracht

maken vraag 25 t/m 32 van paragraaf 12.3

Paragraaf 12.4 Druk

Kennen en kunnen

• Je kunt het begrip druk uitleggen.

• Je kunt de druk berekenen

• Je kunt uitleggen hoe je de druk kunt verkleinen.

Druk

Wat is druk?

Druk = kracht per oppervlakte

De eenheid van druk is Newton per vierkante meter (N/m2)

De druk maak je kleiner door:

• een kleinere kracht

• een groter oppervlak waarop de kracht werkt.

Druk

Oefenopdracht - druk

De bodemdruk van een rupsbandtrekker

Een grote landbouwtrekker op rupsbanden wordt ingezet om de bodemstructuur te sparen. We willen weten hoeveel druk deze trekker op de grond uitoefent en hoe dit zich verhoudt tot een traditionele trekker op banden.

Gegevens van de rupstrekker:

• De totale massa van de trekker bedraagt 16.000 kg, de zwaartekracht is daardoor 160.000 N.

• De trekker staat op 4 rupsbanden (twee voor, twee achter).

• Elke rupsband heeft een contactlengte met de grond van 1,5 meter en een breedte van 0,6 meter.

Bereken eerst de oppervlakte van de 4 rupsbanden en daarna de bodemdruk p

Oefenopdracht - kracht

De druk van een schroevendraaier

Een klusser gebruikt een schroevendraaier om een schroef in een houten plank te draaien. De platte kop van de schroevendraaier heeft een oppervlakte van (2 mm2). De druk die de schroevendraaier uitoefent op de schroef is 20 N/mm2. Bereken de kracht van de klusser op de schroef.

Oefenopdracht - oppervlakte

In een fabriekshal staat een zware machine op de betonnen vloer. De massa van de machine is 60 ton = 60.000 kg. Deze zorgt voor een kracht van 600.000 Newton. Om het gewicht te verdelen wordt hij op platen gezet. De vloerbelasting mag niet boven de 3750 N/m2 komen. Welke oppervlakte moeten de platen dan hebben?

Hoe verklein je de druk bij een botsing?

• De oppervlakte van de veiligheidsgordel verlaagt de druk op het lichaam tijdens een botsing.

• Airbags hebben een groot oppervlakte, waardoor de druk op het lichaam kleiner wordt.

Oftewel: als de oppervlakte groter wordt, wordt de druk kleiner.

Opdracht

Maken vraag 1 t/m 22 van paragraaf 12.4

Paragraaf 12.5 krachten samenstellen en ontbinden (alleen G-niveau)

Kennen en kunnen

• Je kunt het begrip druk uitleggen.

• Je kunt de druk berekenen

• Je kunt uitleggen hoe je de druk kunt verkleinen.

Nettokracht

Nettokracht of resultante =

som van alle krachten die samen

op voorwerp werken

• Dezelfde richting:

F_netto = F₁ + F₂ (zie bron 1)

• Tegengestelde richting:

F_netto = F₁ - F₂ (zie bron 2)

• Meerdere krachten:

combineren (zie bron 3)

Nettokracht

Conclusie:

Krachten die dezelfde kant

op werken moet je optellen.

Krachten die tegengesteld

werken moet je van elkaar afhalen.

Nettokracht tekenen onder een hoek

2 sleepboten verslepen boorplatform

Niet op dezelfde werklijn

De werklijnen maken een hoek met elkaar

De twee krachten samenstellen > krachtenparallellogram

Nodig om grootte en richting van

nettokracht te bepalen.

Diagonaal = F_netto

Nettokracht tekenen

Nettokracht tekenen - samen oefenen

Vraag 9 (blz. 389)

Hoe ontbind je een kracht?

Spankracht ontbinden in:

• horizontale component

• verticale component

Krachten ontbinden in de richting van de

werklijnen.

LET OP: evenwijdig aan werklijn

Kracht ontbinden

Evenwijdig

Let op dat je de lijn evenwijdig tekent aan de werklijn. Dus niet gewoon loodrecht of iets.

Oefenen

Opdracht

Maak vraag 1 t/m 23 van paragraaf 12.5

Opdracht

G-niveau

Extra oefening hoofdstuk 12 op papier.

Maken vraag 1 t/m 9

blz 398, 399 en 400

K-niveau

Opdracht

Maken oefentoets blz 403

Kader: vraag 1 t/m 18

Gemengd: vraag 1 t/m 19 (let op er zitten 3 vragen tussen die alleen voor Kader-niveau zijn.