Kracht - Het moment (H)

Kracht
Het moment
1 / 15
volgende
Slide 1: Tekstslide
NatuurkundeMiddelbare schoolhavo, vwoLeerjaar 4

In deze les zitten 15 slides, met tekstslides.

time-iconLesduur is: 45 min

Onderdelen in deze les

Kracht
Het moment

Slide 1 - Tekstslide

Hoofdstuk Kracht
Kracht - Het moment (H)
Kracht - Soorten kracht
Kracht - Zwaarte- en veerkracht.
Kracht - Resulterende kracht
Kracht - Krachtenevenwicht
Kracht - Eerste wet van Newton
Kracht - Tweede wet van Newton
Kracht - Ontbinden van krachten
Kracht - Derde wet van Newton (V)

Slide 2 - Tekstslide

Leerdoelen
Aan het eind van de les kan je...

... begrijpen wat het moment is.
... vraagstukken oplossen die met het moment te maken hebben.

Slide 3 - Tekstslide

Het moment
(Het onderwerp moment is al behandeld in klas 3, hier wordt het nog eens herhaald.)


Het moment heeft te maken met het principe van de hefboom. Voor vele natuurkundige situaties waarin een grote kracht moet worden uitgeoefend, is een hefboom handig toepasbaar.



Neem bijvoorbeeld het aandraaien van een dop op de as
van je fiets na een reparatie. Je kan de dop niet met je
blote handen stevig aandraaien, daarvoor geven je te
weinig kracht voor. Met een steeksleutel lukt het weer
wel.


Slide 4 - Tekstslide

Het moment
Waarom lukt het met een steeksleutel dan wel? Omdat de steeksleutel lang genoeg is om een kracht aan het uiteinde te veranderen. Een spierkracht wordt aan het uiteinde door de arm van de steeksteutel vergroot tot een grotere draaiende kracht bij de dop. Zodoende wordt er meer kracht op de dop uitgeoefend en kan de dop stevig worden aangedraaid.




Een ander voorbeeld is het openen van een verfblik.
Met je nagels krijg je zo'n blik niet open, maar met
een schroevendraaier die lang genoeg is, weer wel.

Hoe langer de schroevendraaier, hoe minder
kracht er uitgeoefend hoeft te worden. 


Slide 5 - Tekstslide

Het moment
Dit kunnen we op een natuurkundige manier uitleggen met een formule voor het moment. 

Het moment is de draaiing van de hefboom in een bepaalde situatie en heeft direct te maken met de arm en de kracht die uitgeoefend wordt.
 In formulevorm:


waarin: 
M = moment (Nm)
F  = kracht (N)
r = arm oftewel afstand van draaipunt tot kracht (m)


M=Fr

Slide 6 - Tekstslide

Voorbeeld I: de wip
Een ander voorbeeld is de wip. Hierbij is het draaipunt goed te vinden, het bevindt zich immers in het midden van de wip. In de situatie hier onder zitten twee figuren met een gelijke massa en elk op een gelijke arm (afstand) van het draaipunt. De wip is in balans, het draait niet linksom of rechtsom.  




Maar wat als de massa's hetzelfde blijven maar de arm van een van de massa's naar links toe wordt vergroot ten opzichte van het draaipunt? Dan raakt de wip uit balans en draait het linksom.

Slide 7 - Tekstslide

Voorbeeld I: de wip in balans
Hoe kan het dat de wip in balans is in het eerste plaatje?

De figuren hebben elk dezelfde massa, m = 51 kg. 

De afstand van de (zwaarte)krachten tot het draaipunt, oftewel de arm, is r = 1,2 m. 




Invullen voor het moment aan de linkerkant geeft dat:




Invullen voor het moment aan de rechterkant geeft dat:




De wip is alleen in balans wanneer beide momenten gelijk aan elkaar zijn, wat ook het geval is.

Mlinks=Fzr
Mlinks=mgr=519,811,2=6,0102 Nm
Mrechts=Fzr
Mrechts=mgr=519,811,2=6,0102 Nm
Mlinks=Mrechts=6,0102 Nm

Slide 8 - Tekstslide

Voorbeeld II: de wip uit balans
Hoe kan het dat de wip uit balans is in het tweede plaatje?

De figuren hebben weer elk dezelfde massa, m = 51 kg. 

De armen van de (zwaarte)krachten verschillen dit keer, namelijk rlinks = 2,4 m en rrechts = 1,2 m




Invullen voor het moment aan de linkerkant geeft dat:




Invullen voor het moment aan de rechterkant geeft dat:




De wip is alleen in balans wanneer beide momenten gelijk aan elkaar zijn, wat nu niet het geval is.


En dus is de wip uit balans.

Mlinks=Fzrlinks
Mlinks=mgrlinks=519,812,4=1,2103 Nm
Mrechts=Fzrrechts
Mrechts=mgrrechts=519,811,2=6,0102 Nm
Mlinks>Mrechts

Slide 9 - Tekstslide

Opgaven
Opgave 1
Beschrijf hoe je de arm van een moment kan vinden.

Opgave 2
Marco en Marloes zitten samen op een wip. De afstand tussen hun zwaartepunten bedraagt 4,25 m. Marco heeft een massa van 75 kg, Marloes een massa van 56 kg. De wip is in evenwicht.
Bereken de afstand van het zwaartepunt van Marloes tot de draaias van de wip.



Opgave 3
Om een zwaar rotsbloksteen van zijn plek te krijgen probeert Marouan met een boomstam de kracht die hij uitoefent te vergroten. (zie afbeelding hieronder). Bepaal m.b.v. de afbeelding de kracht die op het rotsblok wordt uitgeoefend als Marouan met zijn volle gewicht (58 kg) op de boomstam gaat hangen. 
Hint: Je hoeft hiervoor de precieze lengtes niet te weten. Alleen de verhouding tussen de lengtes a en b is voldoende.

Slide 10 - Tekstslide

Opgaven
Opgave 1
Beschrijf hoe je de arm van een moment kan vinden.

Opgave 2
Eddy (65 kg) zit met zijn kleine zusje Bianca (17 kg) in de speeltuin op een wip. Bianca zit op een afstand van 2,5 m vanaf het draaipunt van de wip. Om ervoor te zorgen dat de wip in evenwicht is moet Eddy dichterbij het draaipunt zitten dan Bianca. 
Bereken met de hefboomwet op welke afstand van het draaipunt Eddy moet gaan zitten.


Opgave 3
Om een zwaar rotsbloksteen van zijn plek te krijgen probeert Marouan met een boomstam de kracht die hij uitoefent te vergroten. (zie afbeelding hieronder). Bepaal m.b.v. de afbeelding de kracht die op het rotsblok wordt uitgeoefend als Marouan met zijn volle gewicht (58 kg) op de boomstam gaat hangen. 
Hint: Je hoeft hiervoor de precieze lengtes niet te weten. Alleen de verhouding tussen de lengtes a en b is voldoende.

Slide 11 - Tekstslide

Opgaven
Opgave 3
Wanneer je je arm buigt oefen je met je armspier kracht uit op het aanhechtingspunt van de spier aan de onderarm. In de afbeelding hieronder staan rechts een vereenvoudigd schema met hierin: het scharnierpunt van je elleboog (S), het aanhechtingspunt van de spier (A) en de plaats van de hand (H).

Opgave 3 (vervolg)
a. Leg aan de hand van de afbeelding uit dat de onderarm een hefboom vormt.
b. Bereken de kracht die de armspier moet uitoefenen om een gewicht van 1,0 kg in je hand te houden in deze stand. Je mag de massa van de arm zelf hierbij verwaarlozen en ervan uitgaan dat de richting van de spierkracht recht naar boven is.
c. De maximale spierkracht die je langdurig kunt uitoefenen bedraagt 230 N. Bereken het maximale gewicht wat je (langdurig) kunt vasthouden.

Slide 12 - Tekstslide

Opgaven
Opgave 4
Bij het aandraaien van moeren wordt in sommige situaties precies aangegeven hoe strak een
 moer moet worden aangedraaid. Dit wordt uitgedrukt in het begrip ‘moment’. Voor het moment (ook wel draaikracht genoemd) geldt onderstaande formule. 

Opgave 4 (vervolg)
a. Een moer moet worden aangedraaid tot een moment van 10 Nm met een sleutel met een lengte van 20 cm. Bereken de kracht die op het uiteinde moet worden uitgeoefend. Ga er hierbij vanuit dat de richting van de kracht loodrecht op de sleutel staat. 
b. Bereken het moment als er op de sleutel een kracht van 68 N wordt uitgeoefend.
c. Voor precisieklussen wordt wel gebruikt gemaakt van een zg ‘momentsleutel’, waarop kan worden ingesteld hoe groot het moment is waarmee kan worden aangedraaid. Als het uitgeoefende moment te groot is slipt de sleutel door zodat nooit teveel kracht gezet kan worden. Een momentsleutel met een lengte van 35 cm wordt ingesteld op 50 Nm. Op het uiteinde wordt een kracht van 160 N uitgeoefend. Ga door
een berekening na of de momentsleutel slipt of niet.

Slide 13 - Tekstslide

Antwoorden rekenopgaven
Opgave 2
F = 1,7·103 N

 

Opgave 3
b. Fspier = 59 N
c. mmax = 3,9 kg


Opgave 4
a. F = 50 N
b. M = 14 Nm

Slide 14 - Tekstslide

Opgaven

Slide 15 - Tekstslide